Эволюция крыла летучей мыши: как рука превратилась в крыло
Способность к активному полёту независимо возникла в эволюции лишь трижды: у птиц, птерозавров и — уникально среди млекопитающих — у летучих мышей.
Крыло летучей мыши по структуре сходно с человеческой рукой и содержит кости, сосуды, нервы и сухожилия. Ключевое отличие — наличие гибкой кожистой перепонки (хиропатагиума), которая натянута между удлинёнными пальцами II–V. Дополнительные перепонки (плегиопатагиум и уропатагиум) соединяют передние и задние конечности, а также ноги соответственно.
В отличие от крыльев птиц или насекомых, крылья летучих мышей могут двигаться как рука, что делает их исключительно эффективными и манёвренными. Эволюционно эта адаптация оказалась крайне успешной: отряд рукокрылых (Chiroptera), насчитывающий около 1400 видов, является второй по разнообразию группой млекопитающих после грызунов.
Исследователи выбрали летучих мышей как эталонный пример фенотипической адаптации. «Подумайте о конечностях лошади, плавниках дельфина, наших руках или крыле. Это прекрасные примеры того, как эволюция берёт одну форму и превращает её в нечто совершенно иное», — говорит профессор Стефан Мундлос, соавтор исследования.
В новой работе, опубликованной в Nature Ecology & Evolution, команда проанализировала критические стадии развития конечностей, когда начинает формироваться морфология крыла, сравнивая эмбрионы летучей мыши и мыши. Были проведены полногеномный и одноклеточный транскриптомный (scRNA-seq) анализы с применением сложных вычислительных инструментов.
Ключевой вывод: все типы клеток и их функции в конечностях консервативны между видами. Клетки, формирующие хиропатагиум, не являются принципиально новыми. Эволюция работает за счёт повторного использования одних и тех же генетических программ в других клетках, меняя время и место их активации.
У других видов гены, ответственные за формирование перепонок, обычно включаются рано в развитии и только в проксимальной части зачатка конечности. У летучих мышей те же самые гены реактивируются позже и в более дистальных областях развивающейся конечности.
«Клетки, присутствующие в проксимальной части конечности, по идентичности похожи на клетки, которые позже формируют крыло. Это отражает то, как работает эволюция. Главный вопрос — как эта генетическая программа точно регулируется в пространстве и времени», — заключает Кристиан Ферегрино, первый автор исследования.