Как возникают новые органы: эволюционный секрет в генетических «переключателях»

Исследователи из Университета Питтсбурга под руководством Марка Ребеза раскрыли механизм появления эволюционных новшеств — новых анатомических структур у животных. Результаты опубликованы в журнале Developmental Cell.

Загадка эволюционных новшеств

Поскольку генетический репертуар даже у сложных организмов ограничен, новые органы и структуры возникают не за счёт появления новых генов. Вместо этого ключевую роль играют генетические сети — группы взаимодействующих генов, которые активируются во время развития организма. Связи в этих сетях формируются через регуляторные последовательности («переключатели»).

Модельная система: задняя лопасть у плодовой мушки

Учёные исследовали происхождение задней лопасти — части гениталий самцов определённого вида плодовых мушек, которой нет у других видов. Это простая система для изучения того, как возникает новая структура.

Механизм: кооптация старой сети

Исследование показало, что сеть генов, ответственная за формирование задней лопасти, не возникла с нуля. Вместо этого была повторно использована (кооптирована) уже существующая генетическая сеть, работающая на другой стадии развития.

Конкретно, «переключатель», активирующий ключевой фактор сети задней лопасти, был прослежен до сети, активной на более ранней личиночной стадии. Несколько генов из сети, формирующей заднюю дыхальцу (структуру, соединяющую дыхательную систему личинки с внешней средой), были перераспределены во время развития гениталий через свои «переключатели» от задней дыхальцы.

Вывод

Как отмечает Марк Ребез, ответ на вопрос «Как создать что-то совершенно новое?» заключается в использовании чего-то старого. Прослеживая эволюцию «переключателей» сети, можно увидеть, как новые структуры строятся из сетей, которые мы никогда не считали бы связанными.