Почему у нас четыре конечности? Потому что у нас есть живот
Все позвоночные животные с челюстями имеют четыре плавника или конечности: одну пару спереди и одну сзади. В ходе эволюции они видоизменились в плавники, ноги, руки, ласты и крылья. Но как у наших древнейших предков сформировалась такая консистентная схема из двух пар конечностей? Ответ — из-за наличия живота. Исследователи из отдела теоретической биологии Венского университета и Института эволюции и когнитивных исследований Конрада Лоренца представили новую модель, объясняющую это, в журнале Evolution & Development.
Парные конечности расположены на переднем и заднем концах полости тела
Модель объединяет данные молекулярной эмбриологии, палеонтологии и классической морфологии. Она объясняет, как у эмбриона позвоночных формируются парные конечности по бокам, и почему их всего две пары, расположенные на переднем и заднем концах полости тела.
Эмбрион разделяется на три основных слоя ткани
На ранних стадиях развития эмбрион разделяется на три зародышевых листка:
- Эктодерма (наружный слой) — формирует кожу и нервную систему.
- Эндодерма (внутренний слой) — становится пищеварительным трактом.
- Мезодерма (промежуточный слой) — образует мышцы, кости и другие органы.
Ранняя мезодерма разделяется на два слоя, выстилающие внутреннюю часть полости тела и внешнюю часть кишечника.
Ключевая гипотеза: где формируются конечности
Новая гипотеза предполагает, что плавники или конечности начинают формироваться только в тех местах, где эти два слоя мезодермы достаточно разделены и благоприятно взаимодействуют с тканями эктодермы — а именно на двух концах формирующегося кишечника. Между ними инициации конечностей не происходит, потому что слои мезодермы остаются ближе друг к другу и, как предполагают авторы, взаимодействуют с развивающимся кишечником.
- Позади заднего конца пищеварительного тракта (анального отверстия) два слоя мезодермы смыкаются по мере закрытия стенки тела, образуя непарный (срединный) плавник вдоль хвоста.
- Вдоль развивающегося кишечника стенка тела не может полностью закрыться, поэтому условия для инициации конечностей возникают слева и справа от средней линии, что позволяет развиваться парным, а не срединным плавникам.
«Можно сказать, что причина, по которой у нас четыре конечности, в том, что у нас есть живот», — заключает ведущий автор исследования Лаура Нуньо де ла Роса.
Эта модель создает основу для формулирования конкретных гипотез, которые можно проверить молекулярными методами. Она также подчеркивает важность учета факторов, отличных от генов (эпигенетики), таких как глобальная организация эмбриона и взаимодействие тканей, для понимания развития и эволюции.