Доказательство, опровергающее давнее предположение о развитии рыб, проливает свет на эволюцию скелетов

Исследовательская команда из Сингапура использовала флуоресцентное мечение популяций эмбриональных клеток, чтобы точно определить происхождение чешуи и плавников у современных рыб. Эти ткани являются эволюционными реликтами первых скелетов, и широко предполагалось, что они происходят из эмбриональной популяции клеток, известной как стволовые клетки нервного гребня туловища (trunk neural crest). Однако исследование под руководством Тома Карни из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR показало, что чешуя и плавники на самом деле развиваются из популяции клеток, называемой мезодермой.

У млекопитающих и рыб в формировании скелета участвуют две эмбриональные популяции клеток: краниальный нервный гребень образует большую часть костей черепа и челюстей, а мезодерма — остальной скелет. У млекопитающих третья популяция — стволовые клетки нервного гребня туловища — не участвует в развитии скелета, но более ранние исследования с мечением клеток предполагали, что у древних позвоночных они это делали, и продолжают у некоторых современных животных. Несмотря на неточность мечения в этих исследованиях, это широко распространенное предположение сохранялось, но никто напрямую не демонстрировал роль этих клеток.

Команда Карни пометила эмбриональные популяции клеток флуоресцентными молекулами, чтобы определить, какие из них вносят вклад в скелет плавников и чешую у современных рыб. Новые клетки, происходящие от этих популяций, также экспрессировали метку, что позволило увидеть, из какой популяции развились те или иные клетки в организме.

«Мы обнаружили, что рыбья чешуя и лучи плавников происходят полностью из мезодермы, без вклада [стволовых] клеток нервного гребня туловища», — объясняет Карни. — «Это указывает на то, что мезодерма может генерировать этот древний тип кости и предполагает, что когда скелеты впервые эволюционировали, они развились из мезодермы».

Это открытие противоречит предыдущему предположению о роли стволовых клеток нервного гребня туловища. Команда продолжила исследование с помощью генетических манипуляций и дополнительного мечения клеток.

«Мы далее показали, что стволовые клетки нервного гребня туловища у рыб не генерируют никаких клеток скелетного типа», — говорит Карни. — «Это предполагает, что вклад краниальных клеток нервного гребня в скелет мог эволюционировать независимо в голове и никогда не был общей чертой всего нервного гребня».

Результаты, вероятно, изменят наше понимание эволюции скелета. Карни заявляет: «Многие важные "инновации" скелета теперь можно рассматривать как "изобретения" мезодермы, в то время как нервный гребень играет специфическую роль только в формировании скелета головы».