Płaskowce, czyli zalety prostoty. Autor: Łukasz Sobala.

Autorem poniższego wpisu jest Łukasz Sobala, mój kolega z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN, glikobiolog (specjalista od enzymów przenoszących cukry, czyli glikozylotransferaz) i badacz wczesnej ewolucji zwierząt. Możliwe, że dołączy na stałe do grona autorów. Dziś gościnnie u mnie.

Płaskowce pod mikroskopem

Jak wyglądała ewolucja zwierząt? Było już na blogu kilka artykułów na ten temat. Chciałbym się odnieść  do drzewa z niedawnego wpisu, które pokazuje najnowsze spojrzenie na wzajemne relacje pokrewieństwa główych kladów zwierząt: żebropławów, gąbek, parzydełkowców, płaskowców oraz zwierząt dwubocznie symetrycznych. Gąbki są powszechnie znane, parzydełkowce także. Żebropławy zyskały ostatnio nową sławę jako najdalsi żyjący krewni wszystkich innych zwierząt. Dwubocznie symetryczni są ludzie, a także np. ryby i owady. Ale płaskowce (Placozoa)? Co to właściwie jest? Zacznijmy od zdjęcia poglądowego (Ryc. 1).

Ryc. 1. Płaskowiec Trichoplax sp. H2 wśród okrzemków, bakterii i innych organizmów. Zdjęcie: Łukasz Sobala.

Chociaż płaskowiec swoim wyglądem przypomina nieco jednokomórkową amebę, każdy z jasnych i ciemnych punktów na zdjęciu powyżej to pojedyncza komórka (niektóre mogą być resztkami jego pożywienia). Trichoplax porusza się na tyle szybko, że można to zobaczyć gołym okiem (Ryc. 2).

Ryc. 2. Płaskowiec Trichoplax sp. H2 udający się na nowy łów. Zdjęcie: Łukasz Sobala.

Na Ryc. 2 można zaobserwować, jak morski płaskowiec Trichoplax sp. H2 opuszcza niestrawione resztki pożywienia (algi Rhodomonas salina), aby szukać nowego. Warto tutaj zaznaczyć, że wszystkie znane dziś gatunki płaskowców żyją w morzach. A jak płaskie są płaskowce? Popatrzmy na Ryc. 3.

Ryc. 3. Osobnik Trichoplax sp. H2 próbujący przedostać się na spodnią część szkiełka mikroskopu. Warto zwrócić uwagę na różne typy komórek oraz brak sieci neuronów. Zdjęcie: Łukasz Sobala.

Grubość płaskowca to ok. 25 µm (dla porównania: ludzki włos ma grubość ok. 75 µm, przy czym 1 µm to 1/1000 mm), a średnica może dochodzić do ponad 2 mm. Gdyby człowiek o wysokości 170 cm miał proporcje płaskowca, miałby średnicę 140 metrów.

Zachowanie i biologia

Płaskowce poruszają się za pomocą rzęsek, które pokrywają całe ich ciało, ale są bardziej liczne na spodniej stronie. Rzęski te mogą poruszać się w skoordynowany sposób. Można więc powiedzieć, że płaskowce “biegają” po powierzchni za pomocą tysięcy nóżek. Rozmnażają się bezpłciowo (po prostu dzieląc się na dwa potomne organizmy) lub płciowo (zostało to zaobserwowane, jednak do dziś cykl płciowy nie jest w pełni zrozumiany).

Początkowo uważano, że płaskowce mają tylko cztery typy komórek: górny i dolny nabłonek (to komórki z rzęskami), komórki gruczołowe znajdujące się w dolnym nabłonku oraz komórki włókniste (fiber cells). Jednak okazało się, że rodzajów komórek jest sześć. Zostało to  potwierdzone za pomocą nowatorskiej metody sekwencjonowania RNA z pojedynczych komórek. Dzięki tej metodzie można zidentyfikować grupy komórek, w których ekspresja genów jest na podobnym poziomie. Jeden z nowo odkrytych typów komórek jest nazywany lipofilnymi. Mają one pokaźną wakuolę wypełnioną lipidami i odpowiadają za szybkie wydzielanie enzymów trawiennych po napotkaniu potencjalnej zdobyczy.

Ostatni typ komórek to komórki peptydergiczne (“wydzielające peptydy”), których może być 5 podrodzajów. To one odpowiadają za “wydawanie poleceń” innym komórkom. Nie tworzą jednak sieci, i jak wynika z nazwy, komunikują się za pomocą wydzielanych peptydów. Co ciekawe, peptydy te są podobne do wydzielanych przez zwierzęta z układem nerwowym  (przykładem mogą być endorfiny) i można ich używać  do indukcji określonych zachowań w płaskowcach.

Interesujące u płaskowców jest także to, że nie mają układu nerwowego ani mięśni. W odróżnieniu od gąbek, które prowadzą osiadły tryb życia, płaskowce aktywnie szukają pożywienia. Jak w takim razie koordynują swoje ruchy? Wygląda na to, że z racji niewielkich rozmiarów, koordynacja może polegać na wyczuwaniu przez pojedyncze komórki tego, co robią ich sąsiedzi. Jest to zdecentralizowany układ, w którym porządek pojawia się niejako “samorzutnie”, dzięki temu że każdy jego element ma podobne zdolności. Wprowadza to jednak dość duże ograniczenie dla maksymalnych rozmiarów płaskowców, bo ruchy większych osobników są bardziej chaotyczne.

Trichoplax zyskuje towarzystwo

Pierwszy płaskowiec został opisany jako Trichoplax adhaerens w 1883 roku przez F. E. Schulze. Przez ponad sto lat od tego odkrycia płaskowce zdawały się być mało interesujące dla biologów. Dopiero w obecnym stuleciu, dzięki rozwojowi technologii sekwencjonowania, zaczęto rozpoznawać nowe gatunki. Większości płaskowców nie da się dzisiaj rozróżnić po wyglądzie: wszystkie, oprócz nieco zagadkowego gatunku Polyplacotoma mediterannea, wyglądają podobnie. Trzeci nazwany gatunek to Hoilungia hongkongensis. W przypadku innych płaskowców, których aktualnie znamy około 25, na razie używa się ponumerowanych szczepów (od H0 do H24, przy czym Polyplacotoma to H0). Podjęto także pierwsze próby stworzenia linneańskiej systematyki płaskowców, nadając poszczególnym kladom rangi rodziny, rzędu i gromady (Ryc. 4).

Ryc. 4. Początki systematyki płaskowców. Reprodukcja za: Tessler i in., 2022, licencja CC-BY-4.0.

Zagadkowa pozycja płaskowców

Pierwszy (i jak dotąd, jedyny) genom płaskowca Trichoplax adhaerens został opublikowany w 2008 roku. Pomimo nieskomplikowanej budowy, okazało się, że płaskowce mają  zróżnicowany zestaw czynników transkrypcyjnych, czyli białek odpowiadających za regulację ekspresji genów w odpowiedzi na różne bodźce. Wskazuje na potencjalnie wysoką elastyczność cyklu życia. Niestety, w genomie płaskowców zaszło zbyt dużo zmian w stosunku do innych organizmów, aby na podstawie analizy porównawczej z genomami innych zwierząt stwierdzić, jakie jest ich miejsce na zwierzęcym drzewie ewolucyjnym. Daleki dystans ewolucyjny (duża liczba mutacji) sprawił, że trudno jest “dopasować” do siebie np. sekwencje poszczególnych białek płaskowca i zwierzęcia dwubocznego. A nawet jeśli się to uda, mutacje mogły zajść już kilka razy nawet w zrekonstruowanym wspólnym przodku tych grup. Jest to sytuacja, z którą trudno sobie poradzić używanym dzisiaj modelom ewolucji, szukającym “sygnału ewolucyjnego” w zmianach w pojedynczych aminokwasach. Jeśli zaszła więcej niż jedna zmiana, sygnał taki zostaje stracony. Konserwacja niektórych fragmentów genomu wskazywała jedynie że są bliżej spokrewnione z parzydełkowcami i dwubocznymi niż z gąbkami. Oprócz tego, analizy porównawcze morfologii zwierząt wskazywały na możliwość nieco bliższego spokrewnienia płaskowców z parzydełkowcami, niż z dwubocznymi. Brakowało jednak przekonujących dowodów popierających tą hipotezę.

Przełomem była wspomniana na początku analiza makrosyntenii, czyli obecności na tym samym chromosomie genów pochodzących w prostej linii z tego samego proto-genu, wśród wielu gatunków odległych od siebie zwierząt. Oprócz tejże analizy, już w 2022 roku ta sama grupa badawcza opublikowała pracę, w której wskazywała na makrosyntenię jednego z chromosomów między płaskowcami i parzydełkowcami, która była nieobecna wśród żebropławów, gąbek ani zwierząt dwubocznych. Zapis historyczny ukryty w genomie znów pokazał swoją wartość. Pomimo ogromnej różnicy w budowie ciała – płaskie i bezneuronowe u płaskowca, trójwymiarowe i unerwione wśród parzydełkowców – wygląda na to że płaskowce są najbliżej spokrewnione z parzydełkowcami. Zwierzęta dwubocznie symetryczne są potomkami linii, która oddzieliła się wcześniej, niż istniał wspólny przodek płaskowców i parzydełkowców. Innymi słowy, dwuboczne są kladem siostrzanym w stosunku do kladu “parzydełkowce + płaskowce”. Jeśli hipoteza ta zostanie potwierdzona, zagadka drzewa ewolucyjnego zwierząt będzie rozwikłana.

Literatura dodatkowa

Smith, C. L. et al. Novel Cell Types, Neurosecretory Cells, and Body Plan of the Early-Diverging Metazoan Trichoplax adhaerens. Current Biology 24, 1565–1572 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.05.046

Sebé-Pedrós, A. et al. Early metazoan cell type diversity and the evolution of multicellular gene regulation. Nat Ecol Evol 2, 1176–1188 (2018). https://doi.org/10.1038/s41559-018-0575-6

Davidescu, M. R., Romanczuk, P., Gregor, T. & Couzin, I. D. Growth produces coordination trade-offs in Trichoplax adhaerens, an animal lacking a central nervous system. Proceedings of the National Academy of Sciences 120, e2206163120 (2023). https://doi.org/10.1073/pnas.2206163120

Senatore, A., Reese, T. S. & Smith, C. L. Neuropeptidergic integration of behavior in Trichoplax adhaerens, an animal without synapses. The Journal of Experimental Biology 220, 3381–3390 (2017). https://doi.org/10.1242/jeb.162396

Srivastava, M. et al. The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature 454, 955–960 (2008). https://doi.org/10.1038/nature07191

Nielsen, C. Early animal evolution: a morphologist’s view. Royal Society Open Science 6, 190638. https://doi.org/10.1098/rsos.190638

Simakov, O. et al. Deeply conserved synteny and the evolution of metazoan chromosomes. Science Advances 8, eabi5884 (2022). https://doi.org/10.1126/sciadv.abi5884

Udostępnij wpis

5 thoughts on “Płaskowce, czyli zalety prostoty. Autor: Łukasz Sobala.

    • Postaramy się zapewnić :). Zapraszamy badaczy do współpracy. Nie ma to jak wiedza z pierwszej ręki, prosto od eksperta.

  1. W jakich środowiskach żyją płaskowce? W artykule wspomniano morskiego płaskowca, czy są w ogóle płaskowce żyjące poza środowiskiem wodnym? I czy mają jakikolwiek wpływ na ludzi? (Są trujące/ szkodliwe/ obojętne/ dobroczynne?)

    • Żyją w morzach i oceanach strefy tropikalnej i umiarkowanej. Odkryto je po raz pierwszy jako maleńkie stworki pełzające po szybach akwarium morskiego w Grazu (Austria) w 1883 r. Zdawano sobie sprawę, że trudno je wcisnąć do znanych skądinąd typów zwierząt i że wyglądają bardzo prymitywnie, ale nic więcej nie dało się o nich powiedzieć przez następne dziesięciolecia. Przez pewien czas przeważał pogląd, że są larwami jakiegoś niezidentyfikowanego parzydełkowca. W 1971 r. stworzono dla nich osobny typ Placozoa z jednym znanym gatunkiem (Trichoplax adhaerens), co oczywiście niewiele wyjaśniało, tyle że zapewniło im wzmianki w podręcznikach. Dopiero w 2018 r. zaczęto opisywać nowe gatunki. Płaskowce są wyłącznie morskie. Prowadzą tryb życia “glonojadów”: pełzają po podłożu, odżywiając się nalotem organicznym. Liczba gatunków (już opisanych i nazwanych oraz oczekujących na potwierdzenie) systematycznie rośnie, ale większość z nich jest morfologicznie prawie nieodróżnialna od “klasycznego” T. adhaerens. Wyjątkiem jest odkryta w 2019 r. w Morzu Śródziemnym nieregularnie porozgałęziana Polyplacotoma mediterranea. Płaskowce są wyłącznie słonowodne, nie są pasożytami i nie są w żaden znany sposób szkodliwe dla ludzi.

      4

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *