Перемещение позвоночных из воды на сушу было знаковым шагом на временной шкале эволюции. Исследование, проведенное группой из Гарвардского университета, показало, что небольшое генетическое изменение могло быть всем, что было необходимо, чтобы плавник превратился в конечность.
Исследователи изучали мутации, которые могут повлиять на грудные плавники пресноводных рыбок Данио-рерио (лат. Danio rerio). В отличие от конечностей, которые имеют сложную костную структуру и многочисленные суставы, плавники рыбок данио-рерио довольно простые. Команда обнаружила, что небольшая генетическая мутация привела к тому, что грудные плавники стали более похожими на конечности, с дополнительными костями, а также мышцами и суставами.
«Было немного невероятно, что всего одна мутация смогла создать совершенно новые кости и суставы», - сказал доктор М. Брент Хокинс, ведущий автор исследования.
Анализ показал, что мутации в любом из двух генов, vv2 и waslb, могут независимо вызывать это изменение.
«Вам не нужно было иметь мутацию в гене мышцы, гене сустава и гене кости; система скоординирована таким образом, что, какими бы ни были наши изменения, она способна объединить все эти вещи в унисон», - сказал старший автор, доктор Мэтью Харрис, доцент генетики Гарвардской медицинской школы и ортопедии Бостонской детской больницы.
Данио-рерио, тропический вид, обитающий в Южной Азии, часто используется в научных исследованиях, а также как популярная аквариумная рыбка. Является модельным организмом в биологии развития и известна в англоязычной литературе как zebrafish. Фото: Public Domain
Данио-рерио относятся к группе костистых рыб. Это разнообразная линия, насчитывающая более 30 000 видов, в том числе угри, золотые рыбки, макрели, лосось, рыба-клоун, морские черти и морские коньки. Несмотря на разнообразие форм, размеров и мест обитания костистых рыб, их грудные плавники на удивление похожи и не изменились. Это исследование предполагает, что рыбы, подобные костистым, которые ранее считались утратившими механизм развития конечностей, на самом деле могут сохранять спящую способность их формировать.
Развитие конечностей у четвероногих (четвероногих животных, включая земноводных, рептилий, динозавров, птиц и млекопитающих) было важной частью эволюции, поскольку позволяло позвоночным животным выйти из воды и начать ходить по суше.
Слева: конечности человека имеют несколько длинных костей, которые соединяются встык. В центре: нормальные рыбки данио-рерио с крохотным плавниковым скелетом. Справа: данио-рерио-мутант, у которого выросли новые кости от тела. Новые кости возникли с использованием тех же генов, что и предплечья (показаны розовым цветом). Фото: M Brent Hawkins
Переход от плавника к конечности привел к тому, что предковый плавник стал более сложным и развился до множества костей, которые стыкуются вместе встык. От того же предка (из той же исходной точки) костистый плавник стал проще; нет костей, соединенных вместе встык, вместо этого есть «проксимальные лучевые» кости, расположенные бок о бок у основания грудных плавников.
Ученые не смогли установить, повлияют ли новые кости мутантных рыбок данио-рерио на их передвижение, но это будет следующим шагом в исследовании. «Обычно конструкции отсутствуют, чтобы позволить артикуляцию, необходимую для передвижения по суше», - сказал Харрис. «Было бы очень интересно посмотреть, например, если мы поместим нашего мутанта на платформу, будет ли у него выверенная походка».
Пресс-служба Гарвардского университета сообщила, что исследование было опубликовано в американском научном журнале Cell.
Источник: BBC Science Focus Magazine
