Генетика и палеонтология вместе раскрывают эволюционные тайны

Палеонтология, изучающая окаменелости, и генетика развития, исследующая эмбрионы, теперь объединяются, чтобы ответить на вопросы «Что произошло в эволюции?» и «Как это произошло?». Вместе они дают уникальные результаты, недоступные каждой области по отдельности.

В обзоре в Journal of Vertebrate Paleontology профессор Ханс Тевиссен (NEOMED) и его коллеги показывают, как современные генетические методы проливают свет на ископаемые находки, и наоборот. «Сейчас очень захватывающее время для эволюционной науки. Исследователи находят новые окаменелости или определяют гены, лежащие в основе эволюционных изменений. Теперь можно объединить эти два поля и выйти за рамки того, что каждое из них могло бы сделать самостоятельно», — говорит д-р Тевиссен.

Обзор охватывает ключевые изменения, которые привели к появлению таких животных, как дельфины, киты, змеи, летучие мыши, слоны и динозавры. Хотя переход от четвероногого предка к существу с двумя передними конечностями (дельфин) или без конечностей (змея) кажется резким, существуют переходные ископаемые формы. Более того, исследования в области генетики развития показывают, что такие масштабные изменения формы часто связаны с относительно небольшими изменениями в работе всего нескольких генов.

Интересно, что организмы со схожей формой могли пройти разный эволюционный путь. Китообразные (киты и дельфины) и змеи независимо потеряли конечности, но по-разному:

• Змеи потеряли передние конечности, сократив шейный отдел, так что для них не осталось места. В эмбриогенезе змей зачатки передних конечностей не формируются. Зачатки задних конечностей образуются, но гены, контролирующие их рост, «выключены» в ходе эволюции (за исключением небольших рудиментов у питонов).
• Китообразные потеряли задние конечности в процессе, похожем на тот, что произошел у змей.

«Для меня, как человека, посвятившего большую часть жизни изучению ископаемых китов, очень увлекательно использовать информацию о развитии современных млекопитающих, чтобы понять, как происходила эволюция китов 50 миллионов лет назад», — отмечает д-р Тевиссен.

Ученые могут даже модифицировать генетический код современных животных, чтобы воспроизвести изменения, наблюдаемые в палеонтологической летописи. Например, повышенная активность определенного гена у эмбрионов мыши приводит к увеличению размера их зубов. Схожее изменение произошло в ходе эволюции слонов — от зубов длиной менее дюйма у ранних предков до зубов длиной более фута у современных слонов. Генетические изменения, вызвавшие этот рост у слонов, могли быть похожи на изменения, индуцированные в лабораторных мышах.

Такое междисциплинарное взаимодействие становится все более распространенным. Соавтор обзора, д-р Лиза Ноэль Купер (NEOMED), отмечает: «В эпоху гиперспециализации науки я надеюсь, что новое поколение ученых будет способно и не побоится подходить к исследовательским вопросам, используя самые разные методы».