Древняя броня рыб — чешуя — дает ключи к развитию волос и перьев

Когда морские существа начали выползать на сушу около 385 миллионов лет назад, они несли с собой свою броню: чешую. Ископаемые свидетельства показывают, что самые ранние наземные животные сохраняли чешую в качестве защитного элемента по мере эволюции.

Со временем, по мере разнообразия видов, животные начали сбрасывать тяжелую чешую и заменять ее мехом, волосами и перьями.

Молекулярные механизмы развития чешуи у рыб остаются поразительно похожими на механизмы, которые также производят перья у птиц, мех у собак и волосы у людей, что указывает на общее эволюционное происхождение для множества различных кожных придатков.

Новое исследование, опубликованное в журнале eLife, изучает этот процесс на примере модельного организма — рыбки данио-рерио.

Общие молекулярные пути

«Мы обнаружили, что молекулярные пути, лежащие в основе развития чешуи, волос и перьев, поразительно схожи», — заявил ведущий автор исследования Эндрю Аман, постдокторант Университета Вирджинии.

Исследователи использовали молекулярные инструменты, чтобы манипулировать и визуализировать развитие чешуи у данио-рерио. Оказалось, что кожные придатки, наблюдаемые сегодня, возникли сотни миллионов лет назад у примитивных предков позвоночных, еще до появления конечностей, челюстей, зубов или даже внутреннего скелета.

Новая область для исследования

По словам Амана, развитие чешуи у данио-рерио в основном упускалось из виду, так как их кожа, включая костные чешуйки, в значительной степени прозрачна, и ученые смотрели сквозь них на внутренние структуры.

«Мы обнаружили глубокое сходство в развитии всех кожных придатков, будь то чешуя, волосы, мех или перья», — отметил Аман.

Эволюционная связь и медицинское значение

Работа ведется в лаборатории Дэвида Паричи, старшего автора исследования. Высокий процент генов у этих рыб совпадает с человеческими, что отражает общее происхождение от самых ранних позвоночных.

Паттерны развития, такие как формирование более 200 круглых чешуек с каждой стороны рыбы, — критическая часть всего развития, включая дифференцировку стволовых клеток.

Понимание этого процесса дает ключи к врожденным дефектам, раку и генетическим заболеваниям. Например, дефекты, обнаруженные в развитии рыбьей чешуи, напоминают проблемы развития зубов (которые также являются эпидермальным придатком).

«Поскольку чешуя регенерирует, возможно, есть способ заставить регенерировать и зубы», — сказал Паричи.

«Это исследование помогает нам установить важные связи между естественной историей жизни на Земле, эволюционным процессом и болезнями человека», — заключил Аман.