Эти крошечные, почти бесформенные существа затем бесстрашно пробираются к материнской сумке, чтобы вежливо прижаться и кормить грудью иногда до года.На протяжении десятилетий исследователи полагали, что это преждевременное выселение из матки практически не оставило роли плаценты, которая у большинства млекопитающих тесно связывает физиологические процессы матери и плода, поддерживая многие стадии развития плода.
Этих млекопитающих называют эвтерианскими млекопитающими, чтобы отличить их от эволюционно далеких сумчатых. Однако в последнее десятилетие или около того стало очевидно, что у сумчатых действительно есть собственная рудиментарная версия этого важного органа.
Теперь исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета и Мельбурнского университета в Австралии совместно выяснили, что сумчатые животные разработали хитрый прием, позволяющий удовлетворить свою потребность в укороченной беременности и длительном периоде лактации. Короче говоря, самки сумчатых животных экспрессируют гены, важные для развития плода, которые обычно обнаруживаются на более поздних стадиях эутериальной плаценты в их молочных железах — своего рода передача эстафетной палочки от матки к соске, что соответствует их уникальному, прыгающему по саванне. образ жизни.«Это исследование в основном показывает, что плацента, хотя и выглядит по-другому у сумчатых, но выполняет многие из функций здорового человека», — сказала Джули Бейкер, доктор философии, профессор генетики в Стэнфорде. «Каждое животное придумало свои собственные уникальные стратегии для выполнения функций плаценты, которые учитывают, например, где они живут, сколько у них потомков и что они едят.
Но фактическая функция очень хорошо сохраняется».Бейкер разделяет авторство старшего автора исследования, которое будет опубликовано в Интернете 12 сентября в eLife, с Мэрилин Ренфри, доктором философии, профессором зоологии в Мельбурнском университете. Ведущий автор — аспирант Стэнфорда Майкл Гернси.
Маленький валлабиГернси и Бейкер изучали плаценту таммарского валлаби, уроженца Австралии. Наивным сумчатым оно напоминает крошечного кенгуру.
Самцы весят не более 20 фунтов и имеют рост около 18 дюймов. По ночам охотится на корм.
Беременность таммарского валлаби длится всего 26,5 дней, после чего детеныши залезают в сумку и кормятся грудью в течение следующих 300–350 дней по мере завершения своего развития.Плацента валлаби обманчиво проста.«Существует только два основных типа тканей, — сказал Гернси, — один отвечает за распределение питательных веществ, а другой — за дыхание. Мы хотели посмотреть, какие генные продукты, обнаруженные в плаценте плевательницы, также присутствуют в плаценте сумчатых, и где они находятся. выражены.
И наоборот, какие эвтерианские маркеры могут отсутствовать? "Напротив, эуттериальная плацента очень сложна и включает ткань как матери, так и плода.Гернси изучил транскрипты РНК в плаценте валлаби и сравнил их с таковыми, обнаруженными у здоровых млекопитающих на различных стадиях развития плода.
Он обнаружил, что паттерны экспрессии генов в сумчатой ??плаценте претерпевают динамические, быстрые изменения в течение последних нескольких дней короткой беременности животных, во время которых плацента вырабатывает белки, которые, как известно, важны на ранних стадиях развития плода.«Все временные точки экспрессии генов валлаби были наиболее похожи на те, которые были обнаружены в ранней эуттериальной плаценте», — сказал Гернси. «Но куда делись поздние функции эутериальной плаценты?»Изменения в молокеКлюч может заключаться в сложном составе молока животных, состав которого изменяется в соответствии с потребностями растущего, скованного сумкой малька.
Это настолько мощно, что помещение младенца в сумку матери, которая кормила ребенка с более развитым развитием, заставляет новичка резко расти, увеличивая размер головы, массу тела и становясь более густым мехом, чем у его сверстников.Чтобы исследовать взаимосвязь между сумчатой ??плацентой и молоком, вырабатываемым во время лактации, исследователи сосредоточили внимание на 77 генах, экспрессия которых была одинакова в таммарной плаценте, эуттериальной плаценте и таммарной молочной железе, но не в молочной железе мыши.Многие из идентифицированных ими генов были связаны с транспортом питательных веществ.
Другой, известный как GCM1, представляет собой фактор транскрипции, необходимый для функционирования эутериальной плаценты.«Это первая задокументированная экспрессия GCM1 за пределами плаценты у млекопитающих», — сказал Бейкер. «Мы узнаем, что сумчатая плацента функционирует во многом так же, как и у здоровых людей на самых ранних стадиях развития, но экспрессия более поздних стадий эвтериальных плацентарных генов вместо этого происходит в молочной железе. , коровы или мыши чрезвычайно отличаются от сумчатых, животные выполняют одни и те же необходимые функции по-разному ».«По сути, мы пытаемся понять, как в первую очередь возникла плацента», — сказал Гернси. «На этот вопрос сложно ответить. Мы обнаруживаем, что можем начать идентифицировать рудиментарные плаценты и у других видов, таких как ящерицы и рыбы. Будет действительно интересно посмотреть, выполняются ли в этом совершенно другом эволюционном ландшафте эти функции. до сих пор сохраняется таким образом, который имеет смысл для этого животного ".
Гийом Корнелис, доктор философии, научный сотрудник Стэнфордского университета, также является соавтором исследования.Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Фондом Берри и Австралийским исследовательским советом.
Отдел генетики Стэнфорда также поддержал эту работу.