100 миллионов лет назад природа решила судьбу человечества — и мы это только поняли

Учёные из международной исследовательской группы под руководством специалистов Венского университета рассказали, как на протяжении миллионов лет эволюционировали клеточные структуры и сигнальные системы, обеспечивающие взаимодействие между матерью и плодом. Речь идёт об одном из самых удивительных биологических механизмов — способности млекопитающих вынашивать ребёнка до полного развития. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

У млекопитающих, включая человека, беременность стала важнейшим шагом в эволюции. Центральную роль в этом процессе играет граница между организмом матери и плацентой плода — именно там происходит постоянный контакт между двумя генетически разными организмами. Эта зона должна быть одновременно проницаемой для питательных веществ и сигналов, но достаточно избирательной, чтобы иммунная система матери не начала атаковать «чужеродного» ребёнка.

Чтобы понять, как устроена эта система и как она появилась, учёные проанализировали активность отдельных генов в клетках шести видов млекопитающих. Среди них были мыши, морские свинки, макаки, люди, тенреки и опоссумы. Последние особенно интересны, потому что у них нет полноценной плаценты, и они представляют более ранний этап эволюции.

Исследование позволило создать своеобразную «клеточную карту» того, как устроена беременность у млекопитающих. Основное внимание учёные уделили двум типам клеток. Первая группа — это клетки плаценты, которые формируются из тканей плода и проникают в материнскую ткань. Вторая — это стромальные клетки матки, которые реагируют на это проникновение. С помощью генетического анализа удалось выявить уникальные признаки этих клеток, в том числе древнюю генетическую программу, отвечающую за инвазивное поведение плаценты. Она сохраняется у разных млекопитающих более ста миллионов лет.

Этот результат ставит под сомнение мнение о том, что подобное поведение клеток плаценты характерно только для человека. Выяснилось, что это глубоко укоренённый элемент всей эволюции млекопитающих. При этом и со стороны матери происходили изменения. Только у плацентарных млекопитающих, но не у сумчатых, появились новые формы гормональной активности, которые стали важным шагом на пути к длительной беременности. Это говорит о том, что мать и плод влияли на эволюцию друг друга.

Чтобы понять, как работает общение между матерью и плодом, учёные проверили две теории. Первая предполагает, что с течением времени гормональные сигналы стали чётко разделяться по источнику — либо от матери, либо от плода. Это должно помогать избежать манипуляций. Исследование подтвердило эту гипотезу: сигнальные молекулы действительно можно привязать к конкретной стороне.

Вторая теория предполагает наличие конфликта, где плод старается увеличить рост, а организм матери — сдержать его. Такой механизм был замечен в небольшом числе генов, в частности, в IGF2, который регулирует рост. Однако в целом взаимодействие оказалось скорее согласованным, чем конфликтным.

Авторы исследования считают, что природа скорее выбрала путь координации, а не борьбы. Как сказал ведущий автор Даниэль Штадтмауэр, спор между матерью и плодом ограничен небольшими участками генома. Он предложил сменить вопрос с «конфликт или сотрудничество?» на более точный: «где именно возникает конфликт?»

Результаты стали возможны благодаря сочетанию двух методов — анализа активности генов в отдельных клетках и моделирования эволюции. Это позволило учёным реконструировать, как выглядели те или иные механизмы у давно вымерших предков. Таким образом исследователи смогли не только проследить путь развития беременности, но и заложить основу для изучения других эволюционных инноваций на уровне отдельных клеток. По словам соавтора исследования Сильвии Басанты, такие знания могут в будущем помочь понять и лечить осложнения, связанные с беременностью.