这是什么意思是一个动物?看整个王国的35门,人们很容易认为,一些更先进、更复杂,比其他人更有价值。亚里士多德在他画了这样一个层次结构Scala Naturae。人类栖息在梯子的最高地位。然后灵长类和其他哺乳动物,鱼类和爬行动物和最后各种无脊椎动物血统。

超越旧的层次结构:一个动物是一种动物,每个国家都有自己独特的属性。信贷:凯莉程旅行摄影/时间/盖蒂

但并不完全如此。“没有高和低的动物,”凯西Dunn说,耶鲁大学进化生物学家。“有只动物。期。”

“现在,我们的概念意味着什么动物非常bilaterian-biased,”斯科特·尼科尔斯说,丹佛大学的进化生物学家。大多数的传统研究models-animals如飞,蠕虫,老鼠,和zebrafish-belong进化枝左右对称,人们不会遇到其他的动物,看起来不那么像我们一样,他说。“但事实是,如果我们想让这些概括意味着什么是一个动物,我们必须考虑到这些不同的动物血统。”

如果你看看在动物生命之树,你会发现三个类群,不同于人类可以:栉水母门动物、海绵、扁盘动物。也许你听说过他们吗?

与他们合作能给研究人员新的视角对动物以及他们如何了。“如果我们看看这些生物体的基因组,它们不是非常不同于两侧对称动物动物的基因组。这是他们的细胞生物学、发育生物学和解剖学的不同,”尼科尔斯说,“我觉得这迷人的认为我们可以基本相同的遗传工具包和应用等不同的方式来得到不同的结果。”

只是不称他们为基底、祖先或“活化石。“当我们谈论这些其他模型系统集成到这个比较的背景下,这并不是说栉水母placozoan或海绵是一个古老的动物。威廉•布朗表示:“他们不是一个进化和发育迈阿密大学的生物学家。

每个有生命的动物,从其最后的共同祖先血统分裂以来数亿年前,继续发展解决地球上的生命。这些解决方案共享穿过门,其他人则没有。“任何不同的是很酷的,因为它说明了什么是可能的,”他说。

简单性是相对的。当马努普拉卡什第一次看见placozoan在利奥巴斯的显微镜实验室在耶鲁大学,他是连接并准备在接下来的50年的动物。“我有一个魅力的简单的事情,我可以问一个简单的问题,可能会发现一个完整的答案,”他说。但经过十年的研究,他发现,使用扁盘动物并不总是那么简单。

“当你与non-model系统工作,你真的必须从头构建的所有工具,”他说。

工具来实验室,动物也一样。那么他们到底是什么呢?

的海洋

在海洋生命进化而来的,这就是你仍然会发现扁盘动物,海绵,栉水母门动物。

扁盘动物tiny-these不对称的“平动物”是几毫米大小,由六个已知的细胞类型。有两层上皮纤毛推动他们在搜索的藻类和纤维之间,使动物改变形状1。他们出现在世界各地温带和亚热带水域。

长期被视为代表placozoan物种,“粘毛板”丝的动因发现了粘在上面的玻璃水族缸末在格拉茨19吗th世纪;在2008年它的基因组测序2。大多数placozoan研究使用克隆的物种,尽管研究人员喜欢Bernd Schierwater,谁曾与动物自80年代以来,和他的同事们说有更大的多样性等着被记录下来。

这是135年,但第二个placzoan物种刚刚命名和排序:Hoilungia hongkongensis3。两个扁盘动物的可能形态相同,但有相当大的基因组差异根据作者。

海绵、海绵动物门的“pore-bearers”,更diverse-over描述了8500个物种4。这些固着滤食动物栖息在浅海和深海,连同一个血统的克服渗透的挑战,使进入淡水。两旁的内胚层和外胚层的上皮细胞,纤毛在动物的帮助过滤浮游餐。夹在他们之间是一种凝胶状的mesohyl上皮细胞层。针状体、小结构由二氧化硅或钙类的海绵,帮助动物形状。

扁盘动物、海绵缺乏神经系统和肌肉细胞。他们可能不像他们,但是他们做合同,扩大对刺激的回应,一个行为莎莉利斯教授阿尔伯塔大学的比喻成一个缓慢打喷嚏。

发光的美丽:一个成年人栉水母,Mnemiopsis leidyi,其特点、色彩斑斓的梳子行。信贷:w·布朗

“栉水母”、栉水母门动物不被误认为是水母。不同的门包含大约200个已知的物种在世界上的海洋4。大多数自由游泳在不同深度的水柱,但是一些附着于底部基板。动物的特点是八纤毛行,梳子,给他们通俗名称和推动他们,并通过他们的发光能力。像海绵一样,他们有两个身体层单独的胶状的中胶层。他们是最早的动物用一个简单的神经系统和肌肉组织,和大多数都是辅助的掠夺方式触角粘细胞称为粘细胞覆盖。

而栉水母门动物在野外可以丰富,凝胶状的动物会很脆弱。“如果你太粗鲁地处理它们,他们将会消失在你眼前,”布朗说。

争论这三个类群的系统发育位置相对于其他动物。刺丝胞动物似乎已经解决了衣橱里的妹妹集团两侧对称,但扁盘动物、海绵、和栉水母门动物都有他们的时刻作为最早的动物谱系分支。“成为最好的特征之一,很难系统问题,”Dunn说。敏感,他们是如何分析的关系,他说,“这意味着我们没有确凿证据的一种方式,尽管它似乎每一到两年的一篇论文出来,我们最终解决了争论。”

让系统芯片最终落在那里,也可能还有很多这些动物可以告诉我们。

填写空白

这些天4月山与海绵在她的实验室在缅因州的贝茨学院,但他们并不总是她选择的动物。她开始她的职业生涯,在人类基因组计划,然后转移到研究PAX6老鼠的基因网络和发展。这是她的丈夫,海洋生态学家,引发了第一次好奇看看外面的哺乳动物。”实际上是他对我说,我想知道你正在研究这些基因在小鼠海绵吗?”她回忆说。

“当时我比我更了解海绵现在,所以你知道我有点幼稚。我认为他们真的不能做任何事情但底部的水。但这是一个很有趣的问题。“当人们想到罗马帝国的基因,他们通常认为的眼睛,她说,“当然,海绵没有眼睛。“但他们有基因网络中5。在海绵,这些参与上皮衬里的运河系统。“如果你深入观察人类和老鼠,这是另一个扮演的角色,”她说。

所有的动物最后的共同祖先已经不复存在,但是在生活演化支寻找相似之处可以帮助填补空白的基础生物学和动物是如何进化的。

的字段:海绵Ephydatia muelleri的天然淡水栖息地。信贷:j·米切尔

神经系统。栉水母门动物有1、海绵和扁盘动物不(盒子1)。如果栉水母门动物真正的妹妹集团其余的动物,这意味着要么神经系统进化两次,在栉水母门动物和动物,或只有一次,失去了海绵和扁盘动物。

两者都是引人入胜的场景Pawel Burkhardt,实验室的Sars卑尔根大学的研究中心突触的进化。他与三个生物:栉水母Mnemiopsis leidyi和钙质海绵双沟型ciliatum局部可用在挪威水域,鞭虫、单细胞妹妹组动物。基因组和转录组的三个都是可用的,这让他比较不同生物体形态遗传相似性和差异,两个动物,一个不是。

“你必须确切研究这些生物在正确的系统,因为他们是“Burkhardt说。遗传机制使突触蛋白存在于所有三组,他说,虽然只出现在栉水母门动物的身体结构。

有动物的简单,相对而言的优势。丝盘虫例如有一个超过11500个蛋白编码基因,其中许多重叠与其他动物2。但是因为每个家庭的基因数量比较小,可能有更少的交互分开来理解更复杂的网络,Schierwater说。

比如,不受控制的细胞growth-aka癌症。丝盘虫有人类同源基因p53肿瘤抑制基因,及其连接酶,Mdm2、蛋白质中发现哺乳动物但是迷失在模型无脊椎动物秀丽隐杆线虫和果蝇。化学抑制蛋白丝盘虫增加程序性细胞死亡,最终杀死动物,表明守恒的作用在动物的基因比人类更加简单6。

在迈阿密,布朗一家人很感兴趣的基因称为Kruppel-like因素(KLF)和在干细胞维持这些转录因子发挥作用。家庭比动物的崛起,也出现在人类身上。复杂的是,人类有17 KLF基因,布朗解释说。栉水母门动物只有三个。每次动物障碍一顿饭,最后粘细胞的触角被损坏,必须更换才能再次狩猎。决定如何补给的KLF基因有助于栉水母门动物可能反过来揭示基因家族,尽管其在进化过程中重复,功能在人类。

海绵是出生: Ephydatia muelleri在实验室里克隆生长的小芽。来源:美国草地

差异也很重要。当你的世界观仅限于脊椎动物,布朗说,“你错过可能是不同的,可以是不同的最重要手段可以解决如何解决一个问题。”

尼科尔斯研究海绵的上皮细胞在进化的背景下,作为一个屏障外面的世界,是多细胞生物生理上身体分割成独特的环境。他找到了酶分子钙粘着蛋白在海绵,以及保存遗传机械胶原蛋白、蛋白和层粘连蛋白。在某些情况下,蛋白海绵中标识函数相同的方式在其他动物,但不总是,他说。这可以解释有点挑战性,因为有限的技术选项来扰乱动物的基因,至少目前。

除了新颖的功能,他也吸引了海绵,传统模型缺乏什么。结合蛋白在Vinculin家族。两个是众所周知的研究与传统模型,但实际上有三分之一,尼科尔斯说。只是迷失在蠕虫,苍蝇和脊椎动物。他的实验室开始学习第三个蛋白质,他怀疑是参与肌动蛋白绑定和可能发挥关键,butyetunacknowledged,在细胞粘附作用。

“模型”的气质?

马克·马丁代尔以来一直感兴趣的栉水母门动物“谁知道栉水母是什么之前,”他笑着说。他的论文,他做了切割。栉水母胚胎,切成两半,将成长为两个adults-literally一半。但当他把一些动物,把它们切成两半,一半一些再生成完整的动物,尽管从来没有过“整”7。

成年再生程序存在,这是一个故事他准备回到三十年后。“我们有功能基因组学,我们可以提高他们在实验室里,”他说。“我们可以做所有的事情,你只能在果蝇和小鼠和线虫。”

超越视觉: 丝的动因所有细胞的简单性。图像从Eitel, m . et al。《公共科学图书馆•综合》 8(4):e57131 (2013)。

但是依赖从野生种群个体采样意味着不得不面对群体差异可以使基因操作,马丁代尔说,“我们不能总是知道每个碱基对动物的基因组,我们今天工作。”

把动物进实验室可以第一步;然后呢?

照顾丝盘虫

它并不难收集扁盘动物:简单地离开几玻片在浅海水域几天或几周,最终会有一些动物,Schierwater说。回到实验室,他们快乐的在一个小的菜和一些藻类两周一次的海水变化,Andreas Heyland说,谁花了他的博士后研究员使用动物,描述他们的行为和发展中分析研究它们8。只需五分钟到十分钟一个星期保持在相对较大的殖民地,”他说。

人认为果蝇是便宜的动物如老鼠相比,Heyland笑着说。“这不是相同的层次上,类似丝。”虽然他不再与他们积极工作,但他仍然保留了一些文化在他的实验室在圭尔夫大学感兴趣的学生。

在实验室里,丝盘虫克隆,通过二分裂繁殖。有性生殖是未经证实的,动物的干细胞的位置。没有遗传模型已经开发结果,但是动物适合更多的经典方法,Senatore说:识别细胞和本地化丝盘虫,使比较扁盘动物和其他动物,和隔离placozoan基因表达在人类细胞培养作为探针分子性质和潜在的表型。

但他们仍然可以需要一些定制。普拉卡什决定后,他希望自由移动的图像每一个细胞丝盘虫斯坦福大学,他和他的实验室三年建立必要的设置。背的上皮细胞丝盘虫,他们记录下最快的上皮细胞收缩在任何已知organism-they假设“积极凝聚力”的原则需要完成这一壮举可以产生洞察力外生物材料工程9。

大延伸:一个少年Mnemiopsis用触角扩展。信贷:w·布朗

合适的海绵

如果你知道去哪里看,海绵胚胎可以容易找到在产卵季节,但大多数物种需要收集的字段。没有海绵迄今为止已经发现,卵子和精子可以预见产卵允许受精在文化和发展进入新的海绵,山谷里去说。那些在实验室繁殖,喜欢Tethya Wilhelma“芽”无性生殖或“窝”,喜欢Amphimedon queenslandica。许多研究人员依靠动物本地可用。

海绵有药理操纵蛋白表达的手段,但没有遗传模型。希尔还研究微生物共生体,海绵的细胞内可以使他们的方式;她怀疑利用这种关系可能是一种工具像CRISPR / Cas9偷偷放入动物在未来。病毒转导可能。海绵的守恒的同族体腺相关病毒的受体,尼科尔斯说,病毒载体用于操纵基因在其他动物。这是一个他认为可能有前途的方法Ephydatia muelleri,可能是一个主要的淡水物种的竞争者在寻找“模型”的海绵。

Ephydatia muelleri是一个透明的,全局可用物种必须承受其淡水栖息地周围每一个冰冻的冬天。,成人组织死亡,留下极小的胶囊的干细胞称为小芽。该领域的研究人员可以收集和保持休眠冰箱。每当你需要海绵的研究,只是地方上的小芽盖玻片在四、五天,你会有一个新的,克隆动物准备好了。

许多海绵社区已经同意共同努力开发工具和标准化的方法Ephydatia,利斯说。“这可能是像在一个时间胶囊,其他模型系统是如何开始的,”她说。她目前正在测序的基因组和建立标准化的协议与它合作,和其他类似尼科尔斯和希尔也采用了淡水海绵在他们自己的工作。

但是海绵仍然可以使用更多的超微结构和细胞生物学的工作同时,山谷里去说。“我们从电子显微镜通过分子技术,”她说;知道是有价值的基因出现某处,但限制不知道确切位置,实际上是在动物。“技术是一个小的理解在这一点上,”她说。

特蕾西·辛普森,在她1984年的书海绵的细胞生物学,编译初始文档海绵超微结构和细胞生物学,诺伯特•Weissenfels一样(尽管在德国)但后来“我们的飞跃青蛙,”说草地,留下空白的知识关于他们的一些基本属性。

她希望纠正与海绵地图集,类似于研究人员可能会发现与鼠标或飞行。

梳理了栉水母

一个新兴的栉水母模型,栉水母门动物“白老鼠”根据马丁代尔,是大海核桃Mnemiopsis leidyi。

绝大多数的栉水母门动物生活在开放水域,但是Mnemiopsis是一个沿海的物种。因此,他们倾向于定期遇到的事情,布朗说。让他们稍微比其他栉水母门动物,更健壮,更适合生活在实验室里。

他们仍然需要自己的空间。布朗说,他保持10到15动物一个90加仑的油箱装满海水和修改,让它慢慢循环让动物远离硬玻璃。他们会在实验室繁殖too-he现在到11代,他注意到由于驯化的迹象。“在这一点上实验室应变比野生动物做的更好在拥挤的条件下,”他说。

Mnemiposis leidyi的2013年基因组测序10,有出版协议与原代细胞培养,一个必要的细胞生物学研究以及产卵新栉水母门动物野生成人和胚胎固定免疫组织化学和全挂载原位杂化的工作。

当Martinedale不是忙着运行惠特尼在佛罗里达大学的海洋科学实验室,他目前正在寻求提高显微镜下注射和其他方法来控制基因表达在栉水母门动物。设备需要修改使用,目前这是一个缓慢的过程由于胚胎的质量体积小但蛋黄大,他说。他首次成功应用电穿孔技术从十个左右的吞吐量胚胎能够管理目前,他也能够操作一些基因表达与吗啉代。CRISPR可能到来的栉水母门动物。

栉水母门动物不过是自我加肥雌雄同体”,从遗传角度来说是一把双刃剑,”布朗说。Mnemiopsis可能是肥沃的在实验室,但孤立的卵子和精子来自什么动物在一个标准化的方式,使交叉,从而维持特定基因菌株一旦CRISPR不可避免地到来,是一个谜,他和他的同事们仍希望解决为了得到一个完全驯良的模型。

不要错过他们。淡水海绵在科罗拉多州。信贷:j·米切尔

时间来反映

社区研究这三个门很小,没有海绵、栉水母,或者placozoan可能取代传统模型像老鼠,但把时间和精力投入到工作和不那么传统的动物有它的地方。“我们需要保持广度,有点慌乱,“利斯说。“它帮助人们理解典型的事情并不总是在哺乳动物系统。”

老鼠当然告诉我们很多重要的事情,希尔说,“但是如果我们只有几个模型系统的工作,我认为我们可能错过所有动物的方式,可能能做的事情,在组织层面上,在细胞水平和分子水平。“有与小鼠模型,她指出一种趋势在社区研究微小细节,虽然有时忘记在一天结束的时候,老鼠也不是人。

也是很重要的考虑“模式”这个词是什么意思,Dunn说。“如果我们研究苍蝇和他们做一件事的一种方法,然后研究老鼠和他们的另一种方法做这件事,那么,这告诉了我们什么呢?”他问道。寻找其它可以帮助填补空白。

测序工具改善,意思是“我们会有真正高质量的,完整的基因组从一个广泛的多样性的动物,”Dunn说。一个令人兴奋的前景,然后它会再次成为了生物,他继续说道,这些基因组不可避免地发展提出新疑问,形态学和生理学。

每一个生物都有其优点和局限性。和每个人,即使是那些与小说,非传统的动物,应尽量避免过度泛化,尼科尔斯说,有时记得暂停升值的多样性。

欢呼声,整个动物王国。