В своём докладе профессор Питер Холланд подробно рассказал, что общего у ланцетника с позвоночными, и в чём его отличие от них. Впервые это животное было описано в 1774 году крупным зоологом Палласом, принявшим его за моллюска и назвавшим его Limax lanceolatum, то есть ланцетовидным слизнем. Исследование Ковалевского открыло новый путь осмысления отношений между эволюцией и развитием животных и создало основу ранних теорий эволюционного происхождения позвоночных. Примерно 150 лет спустя головохордовые и первичнохордовые снова оказались в центре внимания эволюционистов: молекулярная биология и возможность секвенирования генома позволили им надеяться на дальнейшее раскрытие тайн.

Немногим более 23 лет назад Питер Холланд окончил Оксфордский университет с дипломом зоолога. Работу над докторской диссертацией он начал под руководством Бриджид Хоган в Национальном институте медицинских исследований в Лондоне. В это время при сравнении гомеозисных генов дрозофилы был идентифицирован гомеобокс, и вскоре обнаружилось, что гены, содержащие его, имеются в геномах других животных, включая мышь. Холланд начал исследование экспрессии гомеобокссодержащих генов в ходе эмбрионального развития мыши, применив молекулярную гибридизацию, которая ранее использовалась для изучения экспрессии генов у дрозофилы. Даже на этом раннем этапе карьеры проявилась его склонность к изучению эволюции. В частности, он обратил внимание на проблему широты распространения гомеобокссодержащих генов в царстве животных и начал заниматься этим вопросом, анализируя ДНК представителей широкого круга типов, включая иглокожих, моллюсков, брахиопод, ленточных и плоских червей.

Исследования продемонстрировали широкое филогенетическое распространение генов, содержащих гомеобоксы. Поэтому неудивительно, что в последующие два десятилетия центральное место в исследованиях Холланда заняла эволюция генетического и морфологического разнообразия.

В 1987 году Холланд поступил в Отдел зоологии Оксфорда, где был принят на должность демонстратора департамента. Тогда он начал формировать свою собственную исследовательскую группу. В это время только что была разработана методика полимеразной цепной реакции, и Холланд начал использовать ее для изучения двух фундаментальных вопросов. Первый касался филогенетических отношений между типами животных, понимание которых является кардинальным для эволюционной биологии. Макс Телфорд, тогда аспирант лаборатории Холланда, исследовал щетинкочелюстных планктонных червей, которых в те времена относили ко вторичноротым. Его результаты свидетельствовали, что эти черви в действительности являются все же первичноротыми и, следовательно, лишь отдаленно родственны хордовым. Это открытие было впоследствии подтверждено более широким кругом доказательств. Филогенетические отношения продолжают интересовать Холланда и в настоящее время, о чем свидетельствуют его недавние исследования, посвящённые загадочным и плохо изученным таксонам.

Однако главным вопросом исследований Холланда того периода было установление времени и роли дупликации генов в эволюции хордовых. Сопоставление гомеобокссодержащих генов дрозофилы и позвоночных обнаружило, что в отличие от дрозофилы, у которой многие семейства гомеобокссодержащих генов представлены одним геном, у позвоночных они имеют обычно две или более копий. Примерно за 20 лет до этого Сусуми Оно было высказано предположение о том, что при диверсификации позвоночных эффективную роль сыграла тетраплоидизация. Одним из её последствий должно быть наличие большого числа копий генов в большинстве семейств генов у позвоночных по сравнению с беспозвоночными. Холланд и его группа начали исследовать эту проблему, выявляя многообразие ключевых семейств гомеобокссодержащих генов в геномах различных беспозвоночных. По мере увеличения числа исследованных семейств генов становилось очевидным, что в отличие от позвоночных, которые обычно имеют множественные формы в каждом семействе генов, головохордовые и первичнохордовые всегда имеют только одну. Это привело Холланда к предположению, что происхождение позвоночных совпало с широкой дупликацией генов, и что вероятным путем появления добавочных генов были два раунда тетраплоидизации.

Высунешься — съедим Живут ланцетники обычно на дне водоёмов. В крупный песок они зарываются целиком; из смеси крупного и мелкого песка показывают только передний конец; над поверхностью мелкого песка они высовываются наполовину — и совсем не зарываются в ил, в котором не могут ни дышать, ни питаться. Эти животные водятся в Индийском океане, у берегов Норвегии и Америки — от Чесапикского залива до Ла-Платы; в Тихом океане от Японского моря, Восточного Хоккайдо, Гавайских островов и Калифорнии до Южной Австралии, Новой Зеландии и Чили. Европейский ланцетник встречается у острова Гельголанд и у Севастополя. Азиатский служит объектом специального промысла, практикуемого осенью и зимой в юго-западной части Восточно-Китайского моря. Ланцетников ловят с лодок во время отлива, зачерпывая верхний слой песка специальной лопатой на длинной палке. Одна лодка обычно добывает за день около 5 кг продукта, который местные жители жарят или употребляют на суп. Часть улова сушат и экспортируют на остров Ява и в Сингапур. В Европе ланцетника едят итальянцы, особенно неаполитанцы и сицилийцы.

Это предположение имело фундаментальные последствия для понимания эволюции позвоночных и человека. Теория дает также четкое объяснение избыточности членов семейств генов, которая обнаруживается при исследовании генного нокаута мышей. Горячо обсуждавшаяся в течение многих лет, эта гипотеза в настоящее время получила подтверждение благодаря сравнению геномов позвоночных и асцидии, и теперь служит ключевым объяснением некоторых общих аспектов организации генома и числа генов у позвоночных.

В этот период Холланд начал также более детальный анализ Нох-генов у ланцетника. В сотрудничестве с Николасом и Линдой Холланд из Океанографического института Скриппса (США) им была предпринята серия экспедиций на Тампа-бей (Флорида) с целью сбора зародышей ланцетника для изучения экспрессии генов. В 1992 они опубликовали первое исследование Нох-генов ланцетника, выполненное с помощью метода гибридизации in situ, которое показало локализованную экспрессию этих генов вдоль переднезадней оси.

В 1993 году в эту работу включился Джорди Гарсиа-Фернандес, который начал длительный проект «прогулки» по Нох-кластеру ланцетника с клонированием всех последовательно расположенных генов. В 1994 году они завершили это исследование и опубликовали схему расположения передних генов ланцетника в статье, которая часто цитируется и по сей день. Это инициировало разработку детальной молекулярной анатомии развития ланцетника и последующее переосмысление гомологий между этим «морским слизнем» и позвоночными. Изучение генов ланцетника помогло установить гомологию между головным мозгом позвоночных и передней областью его центральной нервной системы.

Весной 1994 года Холланд совместно с Майклом Эйкемом, Филиппом Ингхэмом и Грегори Врей разработал научную программу конференции Британского общества биологии развития на тему «Эволюция механизмов развития», успешное применение которой привлекло многих студентов и молодых исследователей в эту быстро растущую область исследований. В 1995 Холланд был назначен профессором зоологии в Университете Ридинга. В 1988 его лаборатория сообщила об идентификации кластера РагаНох-генов у ланцетника. В дальнейшем полученные данные были уточнены. Анализ этих генов оказался плодотворным. В соответствии с присущей Холланду способностью применять молекулярные методики для решения эволюционных задач, он решил проверить эту гипотезу, использовав флуоресцентную гибридизацию in situ на хромосомах ланцетника.

В октябре 2002 года Холланд возвратился в Оксфордский университет в качестве Линакрского профессора зоологии. Этот пост, который ранее занимали Э.Р.Ланкестер и Э.С.Гудрич, которые, исследуя ланцетника, внесли заметный вклад в понимание эволюции позвоночных. Завершение работ по изучению генома некоторых позвоночных, включая три вида лучепёрых рыб, позволило детально исследовать более сложные вопросы дупликации, рассеяния и дивергенции. Большая часть лучепёрых рыб, по-видимому, произошла от тетраплоидного предка, возникшего в результате еще одной дупликации генома, дополнительной к происшедшей в ранний период эволюции позвоночных. Картирование результатов таких дополнительных удвоений показывает, как дупликация генома может разорвать древние кластеры генов, и демонстрирует некоторые механизмы формирования архитектуры генома ныне живущих видов.