Гены, определяющие длину шеи у позвоночных

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана показали, что паттерны активности определенных генов в эмбрионах позвоночных коррелируют с различиями в длине шейного отдела. Результаты также дают новое представление об эволюции длинношеих динозавров.

Крокодилы, птицы и динозавры — близкородственные группы, входящие в более крупную эволюционную линию архозавров. У некоторых архозавров, например, у длинношеих динозавров и современных птиц, количество и расположение позвонков в позвоночном столбе сильно варьируется. Одна из самых ярких черт эволюции птиц — увеличение числа шейных позвонков, как у страуса или длинношеих динозавров. Причины такой вариативности в строении переднего отдела позвоночника неясны.

Гены Hox определяют морфологические границы

Ключевую роль в осевом паттернировании во время эмбрионального развития позвоночных играют гены Hox. Они регулируют пространственную и временную активацию генов, необходимых для формирования разных типов позвонков. Каждый ген Hox активируется в определенное время и в конкретных сегментах эмбриона, создавая характерный "полосатый" паттерн экспрессии вдоль передне-задней оси. Известно, что границы некоторых этих доменов экспрессии соответствуют морфологическим границам в позвоночнике, например, между шейными и грудными позвонками.

Сравнение крокодила, динозавра и цыпленка

Ученые изучили паттерны экспрессии различных генов Hox на ранних стадиях развития у крокодилов и птиц. Результаты показали:

• У крокодила четыре морфологических поддомена в шейном отделе, что соответствует четырем доменам экспрессии Hox в эмбрионе.
• У цыпленка пять поддоменов в шее и пять соответствующих доменов экспрессии Hox.
• Границы доменов экспрессии точно совпадают с границами между разными типами позвонков.

Исследователи также проанализировали морфологию шейных позвонков у длинношеего динозавра Plateosaurus:

• Было обнаружено четыре морфологически различных поддомена, как у крокодила (предковое состояние).
• Однако во втором поддомоне, как и у цыпленка, оказалось два позвонка.

Это указывает, что удлинение шеи началось с увеличения числа позвонков именно во втором подрегионе предкового шейного отдела. Вероятно, это произошло из-за изменения паттерна экспрессии генов Hox. Следующим шагом в эволюции длинной шеи стало появление новой границы поддомена и соответствующее изменение генетических паттернов, как у цыпленка.

В будущем команда планирует реконструировать паттерны экспрессии Hox у других ископаемых видов на основе региональных различий в морфологии их позвонков. Это позволит сделать выводы о генетических механизмах эволюционных изменений даже у вымерших групп, таких как динозавры, для которых прямые генетические данные недоступны.