Новый взгляд на эволюцию змей
Согласно новому исследованию, тела змей не так просты, как принято считать, что может изменить представления учёных об их эволюции.
Палеобиологи Джейсон Хед из Университета Небраски-Линкольна и П. Дэвид Полли из Университета Индианы в Блумингтоне обнаружили различия в позвонках змей, которые соответствуют таковым в позвоночниках четырёхногих ящериц.
Результаты показывают, что змеи не эволюционировали от предка-ящерицы к более упрощённой форме тела. Вместо этого другие животные, по-видимому, приобрели более сложные позвоночные столбы в ходе эволюции.
Исследование даёт новую перспективу на гены Hox, которые управляют границами шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового отделов у животных с конечностями. Ранее считалось, что функции генов Hox у змей нарушены, что привело к кажущемуся упрощению тела.
Змеи отличаются от млекопитающих, птиц и большинства других рептилий отсутствием передних конечностей, плечевого пояса и грудной кости. Предполагалось, что, утратив конечности, они также потеряли и региональные различия, разделяющие позвоночник на отделы.
Однако, изучив форму отдельных позвонков у змей, ящериц, аллигаторов и мышей, Хед и Полли обнаружили, что у змей присутствует региональная дифференциация, как у ящериц.
«Если бы эволюция тела змеи была вызвана упрощением или потерей генов Hox, мы ожидали бы увидеть меньше региональных различий в форме позвонков. Вместо этого мы обнаружили прямо противоположное. У змей такое же количество регионов и в тех же местах позвоночного столба, что и у ящериц с конечностями», — заявил Джейсон Хед.
Исследователи не только обнаружили, что змеи так же дифференцированы, как ящерицы, но и нашли соответствие между этими отделами у змей и экспрессией генов Hox.
«Это говорит о том, что гены Hox функционируют в эволюции и развитии позвоночного столба у змей, но вместо формирования чётких, лишённых рёбер регионов, как шея или поясница у мышей, они контролируют более тонкие, градуированные изменения формы», — пояснил Хед.
В сочетании с данными окаменелостей эти выводы указывают, что направление эволюции змей противоположно тому, что было сделано на основе только данных генетики развития.
«Наши выводы переворачивают последовательность эволюционных событий с ног на голову. Дело не в том, что змеи потеряли регионы и экспрессию Hox; а в том, что млекопитающие и птицы независимо приобрели чёткие регионы, усилив обычную экспрессию Hox, характерную для ранних амниот», — сказал Полли.
Амниоты — это группа позвоночных, включающая рептилий, млекопитающих и их предшественников.
«У змей намного больше позвонков по сравнению с ящерицами, и они утратили плечевой пояс, но их позвоночник так же регионализирован», — отметил Полли.
К своим выводам учёные пришли, используя метод геометрической морфометрии и регрессионный анализ размера и формы структур позвонков. Для определения границ сегментов применялся статистический метод максимального правдоподобия.
«Анализ функций генов необходим, но недостаточен для изучения эволюционных переходов. Чтобы полностью понять механизмы, благодаря которым возникают новые формы тела, крайне важно изучать анатомию современных и ископаемых организмов», — заключил Хед.
Исследование было опубликовано онлайн 5 января в журнале Nature.