Сумчатые и другие млекопитающие независимо эволюционировали к полёту много раз, и мы начинаем понимать как

Хотя птицы — бесспорные чемпионы неба, освоившие полёт ещё в юрском периоде, млекопитающие на самом деле эволюционировали к полёту чаще птиц. Целых семь разных групп современных млекопитающих независимо друг от друга освоили воздушную среду.

Эти эволюционные эксперименты произошли у животных, разбросанных по всему древу млекопитающих — включая летяг, сумчатых поссумов и шерстокрыла (родственника приматов). Но всех их объединяет особая кожная структура между конечностями — летательная перепонка, или патагий.

Тот факт, что такие похожие структуры возникали так много раз (процесс конвергентной эволюции), указывает, что генетические основы патагия могут предшествовать полёту. Более того, они могут быть общими для всех млекопитающих, даже наземных.

Обманчиво простая перепонка

Несмотря на кажущуюся простоту, патагии содержат несколько типов тканей. Но на самых ранних стадиях формирования эти перепонки состоят в основном из двух основных слоёв кожи: внутреннего дермиса и внешнего эпидермиса.

В какой-то момент кожа на боках животного начинает быстро меняться. Дермис подвергается процессу конденсации, когда клетки скучиваются, а ткань становится очень плотной. Между тем эпидермис утолщается в процессе гиперплазии.

У нашего основного модельного вида — сумчатого сахарного летающего поссума (Petaurus breviceps) — этот процесс начинается после рождения, пока детёныш находится в сумке матери. Это даёт уникальную возможность изучить формирование патагия.

От поссумов к летучим мышам

Исследовав активность тысяч генов на раннем этапе развития патагия у сахарного поссума, мы обнаружили, что уровни гена Wnt5a сильно коррелируют с началом ранних изменений кожи — конденсации и гиперплазии. Эксперименты с культурами тканей кожи и генетически модифицированными лабораторными мышами показали, что добавление дополнительного Wnt5a было достаточным, чтобы запустить оба этих ранних признака формирования патагия.

Что удивительно, расширив работу на летучих мышей, мы обнаружили чрезвычайно похожие паттерны активности Wnt5a в их развивающихся боковых патагиях. Это неожиданно, поскольку летучие мыши (плацентарные млекопитающие) и сумчатый сахарный поссум последний раз имели общего предка около 160 миллионов лет назад.

Ещё более примечательно, что мы обнаружили почти идентичную картину в наружном ухе (ушной раковине) лабораторных мышей. Ушная раковина — практически универсальный признак среди млекопитающих, включая бесчисленные виды без летающих предков.

Молекулярный инструментарий

Эти результаты вместе предполагают нечто важное. Роль Wnt5a в запуске изменений кожи, необходимых для патагия, вероятно, эволюционировала задолго до того, как первое млекопитающее поднялось в воздух.

Изначально ген не был связан с полётом, а способствовал развитию, казалось бы, несвязанных признаков. Но из-за общего происхождения большинство современных млекопитающих унаследовали эту программу, управляемую Wnt5a. Когда такие виды, как поссумы и летучие мыши, начали свои отдельные путешествия в воздух, они сделали это с общим «молекулярным инструментарием».

Более того, этот же инструментарий, вероятно, присутствует у людей и работает способами, которые мы ещё не до конца понимаем.

Есть пределы нашего недавнего исследования. Во-первых, мы не создали летающую мышь, что демонстрирует, что мы до сих пор не до конца понимаем, как область плотной, толстой кожи становится тонкой и широкой летательной перепонкой. Вовлечено ещё много генов с неизвестными ролями.

Во-вторых, хотя мы показали причинно-следственную связь между Wnt5a и дифференцировкой кожи патагия, мы не знаем точно, как Wnt5a это делает. В будущем мы надеемся восполнить эти пробелы, расширив горизонты наших межвидовых сравнений и проведя более глубокие молекулярные исследования формирования патагия у сахарных поссумов.