Как и у других позвоночных, у морских миног есть позвоночник и скелет, но отсутствует важная часть головы — челюсть. Поскольку у большинства животных, включая человека, челюсть есть, морские миноги привлекли внимание ученых как образец, на основе которого можно изучать эволюцию черт позвоночных.

Новое исследование лаборатории Робба Крумлауфа дает представление о том, как развивался мозг древних животных. Команда неожиданно обнаружила, что решающее значение для развития заднего мозга позвоночных играет конкретный молекулярный сигнал.

"Это исследование, по сути, является окном в далекое прошлое и служит моделью для понимания эволюции сложности", — говорит соавтор работы Хьюго Паркер.

"Около 500 миллионов лет назад в происхождении позвоночных животных произошел раскол на бесчелюстных и челюстных, — говорит Алиса Бедуа, бывший научный сотрудник лаборатории Крумлауфа и ведущий автор исследования. — Мы хотели понять, как развивался их мозг и было ли у челюстных что-то уникальное, чего не хватало их бесчелюстным родственникам".

Предыдущая работа Крумлауфа и доктора философии Марианны Броннер в Калифорнийском технологическом институте выявила, что гены, структурирующие и подразделяющие задний мозг морской миноги, идентичны генам челюстных позвоночных, включая человека.

Эти гены являются частью взаимосвязанной сети или цепи, которая играет ключевую роль в формировании заднего мозга у морских миног. Чтобы процесс начался, он должен быть активирован и направлен. В новом исследовании обнаружили, что за это у морских миног отвечает тот же молекулярный сигнал, который, как известно, регулирует паттернизацию от головы к хвосту (head-to-tail patterning) у различных животных.

"Мы обнаружили, что в развитии заднего мозга морской миноги участвуют не только одни и те же гены, но и один и тот же сигнал, что позволяет предположить, что этот процесс является наследственным для всех позвоночных", — говорит Бедуа.

Этот молекулярный сигнал называется ретиноевой кислотой, широко известной как витамин А. Хотя исследователи знали, что это вещество управляет генной схемой построения заднего мозга у сложных видов, считалось, что оно не участвует в развитии более примитивных животных, таких как морские миноги. Новое исследование показало обратное: цепь ядра заднего мозга морской миноги также инициируется ретиноевой кислотой, что доказывает, что эти морские чудовища и люди гораздо более тесно связаны, чем предполагалось.

"Люди думали, что, поскольку у морских миног нет челюсти, их задний мозг не сформирован, как у других позвоночных, — говорит  Крумлауф. — Мы показали, что эта основная часть мозга устроена точно так же, как у мышей и даже у людей".

Существуют хорошо известные сигнальные молекулы, которые определяют судьбу клеток во время развития. Теперь исследователи обнаружили, что ретиноевая кислота является еще одним важным игроком, который определяет важные этапы развития, такие как формирование ствола мозга. Кроме того, если формирование заднего мозга является консервативной особенностью для всех позвоночных, за невероятное разнообразие должны отвечать иные механизмы.

"Мы все произошли от общего предка, — говорит Бедуа. — Морские миноги дали дополнительную подсказку. Теперь нам нужно заглянуть еще глубже, чтобы выяснить, когда впервые развилась генная схема, управляющая формированием заднего мозга".

Исследование опубликовано в Nature Communications.