Открытие у навозных жуков меняет представление о том, как природа создаёт новое

Биологи обычно считают, что большинство признаков организмов эволюционируют из более ранних версий, уже существовавших у предков. Лишь немногие черты рассматриваются как по-настоящему "новые" (эволюционные новшества). Строгое определение новшества в учебниках гласит: оно не должно иметь связи ни с какой структурой предка и ни с какой другой частью тела организма.

Однако это создаёт парадокс: новшество должно возникать как будто "из ничего". Новое исследование, опубликованное 21 ноября в журнале Science, проливает свет на этот процесс, и его источником стали навозные жуки.

Грудной рог — пример новшества?

У навозных жуков есть структура — грудной рог, который считается хрестоматийным примером эволюционного новшества. Он уникален для рогатых жуков и, казалось бы, не связан ни с какой другой структурой в организме.

Открытие: общая генетическая сеть

Новое исследование под руководством учёных из Университета Индианы (старший автор — профессор Армин Мочек) показывает, что формирование грудного рога контролируется той же основной сетью генов, которая привела к эволюции крыльев насекомых. Эта древняя генная сеть существовала ещё до появления насекомых и присутствует в каждом сегменте тела.

"Эта работа заставляет нас переосмыслить, что мы подразумеваем под "новшеством", — говорит Армин Мочек. — Каждый сегмент насекомого обладает этой генной сетью... Однако то, что каждый сегмент делает с этой сетью, настолько различно, что может давать черты, которые на поверхности кажутся не имеющими ничего общего, например, крылья и рога".

Экспериментальное подтверждение

Учёные "отключали" различные гены этой "крыльевой генной сети" у трёх видов жуков рода Onthophagus (O. sagittarius, O. taurus, O. binodis). Во всех трёх видах деактивация генов значительно влияла не только на формирование крыльев, но и на грудные роги, вызывая их уменьшение или полное отсутствие.

Исследователи также смогли манипулировать другими генами и заставить роги превращаться в эктопические крылья (дополнительные крылья на неправильной части тела). Это стало дополнительным доказательством, что грудные роги и крылья являются взаимозаменяемыми, альтернативными результатами работы одной и той же генной сети.

Более широкое значение

Первый грудной сегмент насекомых — это "горячая точка" морфологических инноваций. На нём возникают рога у жуков, шлемы у горбаток, боковые выросты у кружевниц и многое другое.

Новые данные свидетельствуют, что всё это разнообразие и новшества могут быть обеспечены единственной генной сетью, которая миллионы лет назад использовалась для формирования крыльев на других сегментах тела.

Вывод: пересмотр определения

Результаты исследования способствуют растущему призыву пересмотреть полезность определения морфологического новшества как отсутствия связи с другими структурами. Работа показывает, что новшество может возникать через такую связь. Следовательно, учебные определения того, что constitutes новшество, возможно, нуждаются в пересмотре.