Безлёгочные саламандры развивают лёгкие на эмбриональной стадии, несмотря на их отсутствие у взрослых особей в течение миллионов лет
Лёгкие необходимы многим позвоночным, включая человека. Однако четыре ныне живущие группы амфибий независимо друг от друга утратили лёгочное дыхание и не имеют лёгких, дыша в основном через влажную кожу. О развитии этой утраты известно мало.
В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, учёные из Гарвардского университета изучили семейство Plethodontidae — доминирующее семейство саламандр, все взрослые особи которого лишены лёгких. Они обнаружили, что у этих саламандр на эмбриональной стадии всё же формируются лёгкие, что проливает свет на эволюцию утраты лёгких за миллионы лет.
- Plethodontidae — самое богатое видами семейство саламандр, составляющее более двух третей всего их разнообразия.
- Все взрослые особи дышат исключительно через непульмональные ткани: кожу и слизистые оболочки рта и глотки.
- Утрата лёгких произошла независимо как минимум четыре раза у разных групп амфибий.
Ключевые результаты исследования:
- Эмбриональное развитие лёгких: Используя гистологию и микро-КТ, учёные выяснили, что у безлёгочных саламандр на ранних стадиях эмбрионального развития начинают формироваться структуры, морфологически и молекулярно (по данным гибридизации in situ и РНК-секвенирования) похожие на лёгкие.
- Причина остановки развития: Исследователи предполагают, что развитие прекращается из-за отсутствия сигналов от окружающей лёгкое ткани — мезенхимы. Эксперимент с пересадкой мезенхимы от саламандры с лёгкими в эмбрион безлёгочной саламандры привёл к формированию структур, напоминающих лёгкие.
- Подтверждение старой гипотезы: Работа подтверждает диссертацию Эми Грейс Микил (1936 г.), описавшую «зачаток лёгкого», который исчезает к моменту вылупления. Это опровергает более раннюю теорию о том, что небольшая складка в глотке взрослых особей является рудиментарным лёгким.
Значение исследования:
- Генетические пути развития лёгких частично сохраняются, несмотря на отсутствие функционального органа у взрослых особей в течение как минимум 25, а возможно, и более 60 миллионов лет.
- Понимание механизмов утраты лёгких у Plethodontidae может помочь в изучении потери органов у других позвоночных.
- В будущем раскрытие этих генетических механизмов позволит понять, как эволюция может отказаться от органа, долгое время считавшегося критически важным для жизни на суше.