Исследование связывает эволюцию плавников и конечностей с эволюцией жабр

Генетический инструментарий, который животные используют для построения плавников и конечностей, идентичен тому, который контролирует развитие части жаберного скелета у акул. К такому выводу пришли исследователи в работе, опубликованной 23 марта 2009 года в Proceedings of the National Academy of Sciences. Авторы — Эндрю Гиллис и Нил Шубин из Чикагского университета, а также Рэндалл Дан из Лаборатории биологии острова Маунт-Дезерт.

«Фактически, скелет любого придатка тела животного, вероятно, формируется той самой программой генетического развития, которую мы проследили вплоть до образования жабр у акул», — заявил ведущий автор работы Эндрю Гиллис. «Мы отодвинули в прошлое эволюционное происхождение генетической программы развития, которая формирует плавники и конечности».

Это новое открытие согласуется со старой теорией, часто игнорируемой в учебниках, о том, что плавники (а позже и конечности) эволюционировали из жабр вымершего позвоночного. «Нехватка ископаемых останков не позволяет нам сделать окончательный вывод, что плавники произошли от жабр. Тем не менее, это исследование показывает, что генетическая архитектура жабр, плавников и конечностей одинакова».

Исследование опирается на прорывное открытие окаменелости Tiktaalik («рыбы с ногами») Нилом Шубином и его коллегами в 2006 году. «Это еще один пример того, как эволюция использует общие программы развития для формирования разных анатомических структур», — отметил Шубин. «В данном случае общие механизмы развития формируют скелеты жаберных дуг и парных плавников позвоночных».

Исследование также впервые показало, что скелет жаберных дуг эмбрионов скатов (близких родственников акул, имеющих жаберные лучи) реагирует на обработку производным витамина A — ретиноевой кислотой — так же, как скелет конечности или плавника: созданием зеркальной копии структуры в процессе развития эмбриона. По словам исследователей, генетическая схема, формирующая парные придатки (руки, ноги, плавники), имеет глубокое эволюционное происхождение, которое фактически предшествовало появлению самих парных придатков.

«Эти данные позволяют предположить, что когда появились парные придатки, механизм формирования их скелета был заимствован (кооптирован) из жабр», — сказал Гиллис. «Возможно, нам следует рассматривать жабры акул как еще один тип придатков позвоночных — тот, который формируется практически так же, как плавники и конечности».

Глубокое структурное, функциональное и регуляторное сходство между парными придатками и развивающимися жаберными лучами, а также древность жабр по сравнению с парными придатками, позволяют сделать вывод: сигнальная сеть, индуцируемая ретиноевой кислотой, выполняла формирующую функцию в жабрах еще до происхождения конечностей позвоночных. И эта функция сохранилась в жаберных лучах ныне живущих хрящевых рыб.

Источник: Медицинский центр Чикагского университета