Новый взгляд на эмбриональное развитие
Ученые из Института молекулярной генетики Макса Планка в Дрездене и Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне впервые продемонстрировали, что параллели между индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и историей развития типа (филогенезом) существуют на уровне экспрессии генов.
Часовая модель на молекулярном уровне
Наблюдения XIX века (Карл фон Бэр, Чарльз Дарвин, Эрнст Геккель) показали, что эмбрионы разных видов животных в середине развития ("филотипическая стадия") поразительно похожи. Это описывается "часовой моделью": наибольшее морфологическое сходство — в "талии" часов.
Две независимые группы ученых доказали, что эта модель работает и на молекулярном уровне:
- Исследование на плодовых мушках (Drosophila sp.): Группа Павла Томанчака обнаружила, что сходство в паттернах экспрессии генов максимально именно на филотипической стадии. До и после неё различия между видами больше. Ключевые гены наиболее точно отражают часовую модель.
- Исследование на рыбках данио (Danio rerio): Группа Томислава Домазет-Лошо и Дитарда Тауца показала, что на филотипической стадии активны филогенетически самые древние гены. До и после неё активны гены, возникшие позже в эволюционной истории.
Ученые из Плёна сделали ещё одно открытие: у взрослых рыбок данио с возрастом также активируются всё более древние гены. Этот же вывод подтвердился в сравнительном анализе с Drosophila, комарами рода Anopheles и нематодами.
Значение открытий
- Подтверждение гипотезы: Результаты подтверждают ранние анатомические исследования и расширяют понимание связи развития и эволюции на молекулярном уровне.
- Роль отбора: Сходство в середине эмбриогенеза формируется под действием естественного отбора, что объясняет возникновение "талии" в часовой модели.
- Новый метод: Для исследования был разработан новый инструмент — индекс возраста транскриптома (TAI), позволяющий измерять филогенетический возраст активных генов. Его профиль точно воспроизводит часовую модель.
- Эволюционная перспектива: Открытие часового паттерна позволяет эволюционным биологам "заглянуть" в ранние дни эволюции, когда возникали различия между организмами.
Вывод
Исследования показывают, что натуралисты XIX века были в основе правы: эмбриональное развитие действительно отражает филогенез. Следующим шагом станет применение этого подхода к другим видам с разными планами строения и стратегиями жизненного цикла.