Ключевые гены могут содержать ключ к эволюции динозавров

Аллигаторы и птицы, несмотря на то что первые иногда поедают вторых, имеют общего предка. Они относятся к группе архозавров, существующей 250 миллионов лет и породившей не только птиц и крокодилов, но и динозавров. Хотя динозавры вымерли, крокодилы, аллигаторы и гавиалы сохранили многие черты примитивных архозавров.

Для Архата Абжанова, доцента организменной и эволюционной биологии Гарварда, изучение аллигаторов — это возможность сравнить птиц с чем-то, похожим на их предков. Миллионы лет назад архозавры разделились: одна линия привела к современным крокодиловым, другая — к динозаврам. От динозавров, в свою очередь, произошли птицы.

Современные птицы обладают уникальными чертами: клювами, сросшимися швами черепа, видоизмененными передними конечностями (крыльями) и гибкими шеями. Их поясничные позвонки лишены ребер, а нижние позвонки срослись в пигостиль — основу для хвостовых перьев. Крокодиловые сохранили более сложный череп, крупное тело и консервативный план строения, характерный для предков.

В своей работе Абжанов сравнивает функционирование ключевых HOX-генов у эмбрионов аллигаторов и птиц. Эти гены, высоко консервативные в эволюции, отвечают за правильное формирование сегментов тела. У птиц и аллигаторов есть 13 групп HOX-генов, но их тела развиваются по-разному.

• Шея: У аллигаторов шейные позвонки имеют ребра, что ограничивает гибкость. У птиц шейные позвонки без ребер, что обеспечивает большую подвижность головы.
• Поясница: У аллигаторов поясничные позвонки также имеют короткие ребра. У птиц ребра в этой области исчезают, обеспечивая гибкость.

Исследование показало, что, несмотря на разные результаты развития, сами HOX-гены экспрессируются в сходных областях у обоих животных и очень похожи между собой.

Загадка привела Абжанова к более глубокому изучению геномов. HOX-гены — это "главные гены", продукты которых (транскрипционные факторы) контролируют работу многих других генов. Ученый считает, что различия в строении тел аллигаторов и птиц обусловлены разной реакцией нижележащих генов на эти транскрипционные факторы.

"Что изменилось [между аллигаторами и птицами], так это взаимодействие между HOX-генами и их мишенями", — говорит Абжанов. — "Нижележащие гены теряют, приобретают или изменяют сайты связывания для HOX [транскрипционных факторов]".

С эволюционной точки зрения такой механизм более выгоден: изменение чувствительности отдельных генов-мишеней позволяет модифицировать план строения точечно, без масштабных и потенциально вредных перестроек в работе самих HOX-генов.

"Это похоже на строительство дома. У вас одни и те же кирпичи и инструменты, но здания получаются разными. Важно то, как и когда вы используете эти инструменты", — заключает Абжанов.