Некоторые ракообразные научились производить шелк
На протяжении тысячелетий люди восхищались хитросплетениями прочной шелковистой паутины пауков и ценили роскошную мягкость шелка, сотканного тутовыми червями. Некоторые другие виды насекомых, такие как пчелы и мухи, также производят шелк. Но немногие люди, даже биологи, возможно, знают, что разнообразные ракообразные также производят это универсальное и ценное белковое волокно. Теперь ученые решили, что пришло время отдать должное этим менее известным производителям шелка.
Пара ученых работала вместе, чтобы собрать и проанализировать генетический материал десятков ракообразных, называемых амфиподами, некоторые из которых производят шелк. Бриттани Каммингс из Музея естественной истории Флориды, собрала генеалогическое древо, показав, что эта группа несколько раз независимо разрабатывала шелк — пример так называемой конвергентной эволюции. Сиена МакКим из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, обнаружила, что по крайней мере один вид амфипод производит это волокно с некоторыми из тех же генов, что и шелкопряды.
Обе сообщили о своих выводах, включая данные, которые предполагают, что у некоторых амфипод развились странные строения тела или придатки после потери способности производить шелк, на прошлой неделе на ежегодном собрании Общества интегративной и сравнительной биологии.
На встрече Макким рассказал, что использовал научную литературу более чем столетней давности, чтобы определить, какие ракообразные производят шелк. Шелк, вероятно, эволюционировал как минимум шесть раз у ракообразных, сообщила она, причем по два источника произошли от амфипод, остракод (также называемых семенными креветками) и танаидов, крошечных креветоподобных существ, которые живут как в соленой, так и в пресной воде.
Некоторые биологи, присутствовавшие на выступлении Макким, были удивлены. Даже биологи склонны игнорировать амфипод или, что еще хуже, ошибочно идентифицировать их как креветок странного вида. Бобовидные, но обычно не крупнее вишни, они настолько распространены в океанах, реках, озерах и прудах, что являются основной пищей для рыб, других беспозвоночных и даже китов. На сегодняшний день Макким и Каммингс сосредоточились на корофиоидах, наиболее морфологически разнообразных амфиподах. Некоторые морские корофиоиды прядут шелк. Более того, многие виды претерпели масштабные модификации: от увеличения когтей и усиков до уменьшения и потери головы, задних концов или того и другого.
Корофиоиды странной формы привлекли Каммингса к изучению шелка среди амфипод. Около 20 лет назад другие исследователи предположили, что разнообразие корофоидов возникло как представители клады, включающей 21 семейство, у которых развились шелковые железы, длинные усики и хватательные ноги.
Вместе с Маккимом Каммингс собрала амфипод от Британской Колумбии до Южной Калифорнии и Южной Америки. Она также исследовала доставленные ей сохранившиеся образцы из прибрежных районов Атлантики, Карибского бассейна и Антарктиды. Эти существа изготавливают шелк для разных целей. Некоторые используют его для связывания песчинок и фекалий, иногда для изготовления мягких защитных трубок в грязи или жестких трубок, через которые они перекачивают воду для сбора пищи. На концах шипов морских ежей даже строятся шелковые «стержни», которые они используют в качестве опоры, когда тянутся усиками за пищей. (Шипы обеспечивают защиту как ежу, так и амфиподам.) А некоторые создают из своего шелка подвижные вольеры, плавая телом внутри шелковой трубки и взмахивая усиками, чтобы передвигаться.
В общей сложности дуэт собрал генетический материал от только что пойманных видов амфипод, представляющих семь семейств корофоидов. На данный момент они каталогизировали активные гены девяти видов. Эти ранние данные предоставили некоторые удивительные намеки на эволюцию амфипод.
Исследователи предположили, что все производители шелковых трубок сгруппировались вместе, а все виды, которые больше не производили шелк, принадлежали к другой ветви генеалогического древа амфипод. Но предварительный анализ Каммингс предполагает, что производство шелка неоднократно развивалось и, возможно, несколько раз терялось. Первыми производителями шелка среди амфипод были виды, которые делали мягкие трубки. Часть из них потеряла способность производить шелк и вместо этого провела свою жизнь, цепляясь за камни, ракушки и другие поверхности, без каких-либо трубок.
Затем в какой-то момент производство шелка снова развилось, но эти виды строят жесткие трубки и, таким образом, могут жить в более быстрой воде, сообщила она. И совсем недавно некоторые из этих видов снова обменяли свою способность производить шелк на свободную, цепляющуюся жизнь в этих более быстрых водах.
Более глубокий анализ тканей ракообразных однажды может иметь практическое применение. Исследователи уже использовали паутину в биомедицинских и инженерных целях в качестве шовного материала и каркаса для восстановления тканей. Изучая его свойства, исследователи учатся создавать столь же прочные синтетические материалы.
Макким сосредоточилась только на производителях шелка, сравнивая активные гены в одной или двух группах их ног, которые производят шелк, с их многочисленными парами без шелковых желез. По ее словам, у тутового шелкопряда обнаружены два активных гена из ног амфипод, производящих шелк. Это открытие «заставляет нас поверить в то, что они используют очень похожие гены, что и мотыльки», сказала она на встрече. Но почему и как возникли эти схожие гены — маловероятно, что они восходят к общему предку — «это то, что не дает мне спать по ночам».