Люди и кальмары эволюционировали одинаковые глаза, используя одни и те же гены

Такие черты, как глаза и крылья, неоднократно независимо эволюционировали у разных линий животных — это пример конвергентной эволюции. Новое исследование, опубликованное в Scientific Reports (Nature), показывает, что, несмотря на принадлежность к совершенно разным эволюционным линиям, люди и кальмары развили камерный глаз благодаря модификациям одного и того же гена.

Главный регулятор

Глаз — продукт работы многих генов. Большинство из них кодируют конкретные части глаза (например, светочувствительный пигмент или хрусталик). Однако некоторые гены, называемые «главными контрольными генами», управляют всем процессом формирования глаза, определяя, где и когда должны строиться и собираться его части.

Важнейший из таких генов — Pax6. Предковый ген Pax6, вероятно, управлял формированием очень простого глаза. Сегодня этот ген присутствует у невероятного разнообразия организмов: от птиц и пчёл до моллюсков и китов, от кальмаров до человека. Это означает, что ген Pax6 существовал ещё до эволюционного расхождения этих линий — в кембрийский период, около 500 млн лет назад.

Усложнение инструкций

Ген Pax6 теперь отвечает за формирование самых разных типов глаз: от простых до фасеточных глаз насекомых и камерного глаза, который есть у позвоночных (включая человека). Чтобы создавать такие сложные структуры, активность, контролируемая Pax6, усложнилась. Эволюция увеличила количество инструкций, получаемых от одного гена Pax6, с помощью процесса сплайсинга РНК.

РНК, считанная с гена Pax6, может редактироваться (сплайсироваться): из её середины удаляется фрагмент, а концы сшиваются. Это позволяет производить два разных типа инструкций из одной и той же молекулы РНК Pax6.

Неожиданное открытие

В новом исследовании Ацуси Огура и его коллеги обнаружили, что сплайсинг РНК гена Pax6 использовался для создания камерного глаза в удивительной эволюционной линии — у головоногих моллюсков (кальмаров, каракатиц, осьминогов).

Головоногие имеют камерный глаз с теми же основными чертами, что и у позвоночных. При этом их камерный глаз возник полностью независимо от нашего. Последний общий предок головоногих и позвоночных существовал более 500 млн лет назад.

Сплайсинг РНК Pax6 у головоногих — прекрасная демонстрация того, как эволюция создаёт эквивалентные решения совершенно разными путями. Используя аналогичные механизмы, эволюция может порождать удивительные инновации.