Эволюция внутреннего уха: данные от бесчелюстных рыб

Учёные из Центра динамики биосистем RIKEN (BDR) и их коллеги впервые описали развитие внутреннего уха миксины. Исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает новую версию эволюции внутреннего уха, начавшуюся с последнего общего предка современных позвоночных.

Сравнение органов у родственных животных помогает понять эволюционный процесс и, в конечном итоге, органогенез. Этим подходом руководствовалась группа под руководством Шигеру Куратани из RIKEN BDR.

Исходное различие — между челюстными и бесчелюстными позвоночными. У челюстных позвоночных (как у человека) во внутреннем ухе три полукружных канала, которые позволяют ощущать положение тела и равновесие, особенно чувствовать трёхмерное ускорение. Ископаемые показывают, что у группы бесчелюстных рыб палеозойской эры было только два канала. Чтобы понять эволюционные изменения, приведшие к трём каналам, команда изучила два сохранившихся типа бесчелюстных позвоночных: миног и миксин.

Считается, что у миног два полукружных канала, а у миксин — один. Однако миксины больше не считаются более примитивными, чем миноги. Серия молекулярно-биологических экспериментов помогла прояснить вопрос. Анализ регуляторных генов, контролирующих развитие каналов, показал, что базовая схема развития внутреннего уха схожа у всех позвоночных, включая миног и миксин. Ключевые гены, такие как Tbx1 и Patched, экспрессировались в тех же местах и с той же временной динамикой у всех трёх типов позвоночных.

Передний и задний каналы у челюстных позвоночных, по-видимому, генетически гомологичны передней и задней частям канала миноги. А схема с одним каналом у миксины, вероятно, является приобретённым, а не примитивным признаком. Различие между челюстными и бесчелюстными рыбами — наличие общего колена (common crus) — структуры, соединяющей передний и задний каналы у челюстных позвоночных. Данное исследование не смогло определить, является ли общее колено приобретением челюстных или утратой бесчелюстных позвоночных.

Дальнейший анализ сосредоточился на гене Otx1. Этот ген необходим для правильного развития латерального канала — третьего канала, уникального для челюстных позвоночных. Исследователи обнаружили, что, несмотря на отсутствие латерального канала, и у миног, и у миксин ген Otx1 экспрессировался в правильном месте во время развития. Это было несколько неожиданно, так как считалось, что его экспрессия — это новшество, приведшее к эволюции латерального канала. Вместо этого оказалось, что экспрессия Otx1 в слуховом пузырьке — древняя черта всех позвоночных.

Более полное понимание станет возможным при изучении животных, представляющих линии, существовавшие до разделения челюстных и бесчелюстных позвоночных.