Введение

Сегментация в биологии – это разделение планов строения тела некоторых животных и растений на линейный ряд повторяющихся сегментов, которые могут быть соединены друг с другом или не соединены. В данной статье основное внимание уделяется сегментации планов строения тела животных, в частности, на примерах таксонов Членистоногие (Arthropoda), Хордовые (Chordata) и Кольчатые черви (Annelida). Эти три группы формируют сегменты, используя "зону роста" для направления и определения этих сегментов. Хотя у всех трех обычно наблюдается сегментированное строение тела и используется зона роста, они применяют различные механизмы для формирования этой организации. Даже внутри этих групп разные организмы используют разные механизмы сегментирования тела. Сегментация плана строения тела важна для обеспечения свободы движений и развития определенных частей тела, а также для регенерации у отдельных особей.

Определение

Сегментация – сложный процесс, который трудно дать четкое определение. Многие таксоны (например, моллюски) демонстрируют некоторую форму последовательного повторения элементов, однако обычно не рассматриваются как сегментированные. Сегментированными считаются животные, у которых органы повторяются, или тело состоит из самоподобных частей, но чаще всего сегментированными называют именно части организма.

Эмбриология

Сегментация у животных обычно подразделяется на три типа, характерные для различных членистоногих, позвоночных и кольчатых червей. Членистоногие, такие как плодовая мушка, формируют сегменты из поля эквивалентных клеток на основе градиентов факторов транскрипции. Позвоночные, такие как данио рерио (рыба-зебра), используют колебания экспрессии генов для определения сегментов, известных как сомиты. Кольчатые черви, такие как пиявка, используют небольшие бластомеры, отпочковывающиеся от крупных телобластов, для определения сегментов.

Членистоногие

Хотя сегментация дрозофилы не является типичной для типа членистоногих в целом, она является наиболее изученной. Первые скрининги для выявления генов, участвующих в развитии кутикулы, привели к открытию класса генов, необходимых для правильной сегментации эмбриона дрозофилы. Для правильной сегментации эмбриона дрозофилы передне-задняя ось определяется материнскими транскриптами, формирующими градиенты этих белков. Этот градиент затем определяет картину экспрессии генов-разрывов, которые устанавливают границы между различными сегментами. Градиенты, создаваемые экспрессией генов-разрывов, в свою очередь, определяют картину экспрессии парных генов. Наконец, количество сегментов в эмбрионе определяется числом делений и бластомер. У кольчатых червей, как и у членистоногих, стенка тела, нервная система, почки, мышцы и полость тела обычно сегментированы. Однако это не всегда верно для всех признаков: у многих отсутствует сегментация в стенке тела, целоме и мускулатуре. Взаимодействие других сигнальных молекул, таких как миогенные регуляторные факторы, с этим градиентом способствует развитию других структур, таких как мышцы, в пределах основных сегментов. Более низкие позвоночные, такие как данио рерио, не нуждаются в ретиноевокислотном подавлении хвостового Fgf8 для сомитогенеза из-за различий в гаструляции и функции нейромезодермальных предшественников по сравнению с более высокими позвоночными.

Другие таксоны

В других таксонах имеются отдельные свидетельства сегментации некоторых органов, однако эта сегментация не является всеобщей для всего перечня органов, упомянутых выше для членистоногих и кольчатых червей. Можно привести в пример серийно повторяющиеся элементы у многих Циклонеуралий или сегментированный панцирь хитонов (который не сопровождается сегментированной полостью тела).

Происхождение

Сегментацию можно рассматривать как возникшую двумя путями. Если упростить, путь "усиления" предполагает, что сегментирование предкового организма произошло путем повторения единичного сегмента. Это представляется маловероятным, и обычно предпочтение отдается концепции "парцелляции", в которой существующая организация систем органов "формализуется" из слабо очерченных областей в более жесткие сегменты. Таким образом, организмы со слабо выраженным метамеризмом, будь то внутренним (как у некоторых моллюсков) или внешним (как у онихофор), можно рассматривать как "предшественников" настоящих сегментированных организмов, таких как кольчатые черви или членистоногие.