Вы, вероятно, не часто задумываетесь о крови, бегущей по вашим венам каждый день.
Подобно нейронам, вспыхивающим в вашем мозге, или постоянному вдоху и выдоху, она просто всегда присутствует на заднем плане — неприметная особенность вашего тела, помогающая вам оставаться в живых.
Однако для некоторых учёных эта красная жидкость, пульсирующая во всех конечностях с каждым ударом сердца и транспортирующая кислород, так необходимый вашим клеткам, представляет собой захватывающую загадку.
Почти у каждого животного на этой великолепной планете есть кровь... но откуда она, чёрт возьми, взялась?
Теперь, в рамках амбициозного проекта, международная команда под руководством Киотского университета в Японии проследила эволюционную историю клеток крови на 700 миллионов лет назад — и обнаружила, что они не были созданы с нуля после возникновения многоклеточной жизни.
Вместо этого кровь, по-видимому, была собрана из переработанного и модернизированного генетического механизма, унаследованного от одноклеточных предков, живших за сотни миллионов лет до первого появления животных.
«Я глубоко тронут этими открытиями, которые представляют собой кульминацию нашей работы и иллюстрируют, что пути дифференцировки клеток крови позвоночных отражают 700-миллионную эволюционную историю этих клеток», — говорит иммунолог Хироси Кавамото из Киотского университета, руководивший исследованием.
По сравнению с некоторыми аспектами эволюционной истории, проследить путь крови невероятно сложно. Кости, чешуя, перья и панцири окаменевают. Клетки — обычно нет.
Поэтому понимание того, откуда они взялись, требует косвенного подхода.
Основной единицей, из которой исследователи собрали свою эволюционную историю, является транскриптом — по сути, моментальный снимок экспрессии генов, показывающий, какие гены активны, а какие нет в любой данной клетке.
Они собрали данные транскриптомов для широкого круга видов, включая человека, мышь, рыбу данио-рерио, асцидий (оболочников), морских ежей, мух, червей, губок и некоторые одноклеточные организмы.
Затем исследователи поискали общие паттерны, рассуждая, что если два очень далёких типа клеток используют глубоко схожие регуляторные механизмы, они могут происходить от одной и той же предковой клеточной программы.
Хотя возможно, что два организма могут независимо развить схожие черты, это становится гораздо менее вероятным, чем глубже, распространённее и сложнее эти сходства.
Результаты этого анализа показали, что первые клетки крови, вероятно, были совершенно не похожи на изощрённых, оптимизированных переносчиков кислорода, которые усердно трудятся в вашем теле сегодня.
Вместо этого они, должно быть, были похожи на драчливые амёбоподобные создания, напоминающие макрофаги — крупные белые кровяные клетки, составляющие «танковый отряд» вашей иммунной системы, мобильные мусорщики, способные поглощать и переваривать вторгающиеся микробы.
Но и они не появились из ниоткуда.
Когда исследователи сравнили генетическую активность клеток крови с активностью современных одноклеточных организмов, близкородственных животным, они обнаружили некоторые поразительные сходства.
У некоторых одноклеточных организмов были генетические программы, очень близкие к программам макрофагов, включая фагоцитоз — процесс поглощения и переваривания частиц.
Чтобы проверить эту связь дальше, исследователи обратились к гену, который они неоднократно находили как в клетках крови животных, так и в одноклеточных организмах: Fos.
Этот ген помогает регулировать рост и изменения клеток, и его повторное появление у столь далёких организмов сделало его главным подозреваемым.
Они выбрали один одноклеточный организм и максимально усилили экспрессию Fos — и наблюдали, что вместо того, чтобы собираться вместе, как это обычно делает организм, клетки оставались в изолированном, амёбоподобном состоянии.
Результаты подразумевают, что генетический механизм для макрофагоподобного поведения впервые возник у одноклеточных организмов за сотни миллионов лет до того, как животные и одноклеточные эукариоты разошлись от общего предка.
Отсюда, как полагают исследователи, клетки крови разделились на две основные эволюционные ветви.
От макрофагоподобных предковых клеток крови в конечном итоге отделилась вторая основная линия: предки тучных клеток (мастоцитов), иммунных клеток, которые действуют как сигнализация против захватчиков.
Связано: Учёные идентифицировали новую группу крови после 50-летней тайны
Позже эти тучные клетки дали начало T-клеткам, эритроцитам и тромбоцитам, в то время как макрофаги продолжили производить B-клетки, которые вырабатывают антитела.
Эти результаты, говорят исследователи, могут помочь разгадать эволюцию таких заболеваний, как рак, но они также демонстрируют глубокое наследие из нашего самого раннего, скромного начала.
«Когда я осознаю, что это наследие из столь далёкого прошлого циркулирует внутри моего тела в виде клеток крови, я чувствую себя ближе к нашим далёким предкам», — говорит иммунолог и первый автор исследования Ёсукэ Нагахата из Института эволюционной биологии в Испании.
Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Истории ScienceAlert написаны, проверены факты и отредактированы людьми, никогда не генерируются ИИ. Не пропустите ни одной истории, подпишитесь здесь.
«Мамонтовые» кости, хранившиеся в музее 70 лет, оказались костями совершенно другого животного
Крошечный голубой осьминог, непохожий ни на одного известного нам, обнаружен недалеко от Галапагосов
Свидетельства древней жизни найдены погребёнными под астероидным кратером