Позвоночники млекопитающих следуют правилам генов Hox, а птицы и амфибии нарушают эту закономерность
Исследователи RIKEN проанализировали расположение позвонков в позвоночниках почти 400 видов четвероногих (животных с четырьмя конечностями, таких как млекопитающие, рептилии и птицы) и обнаружили, что одни следуют предсказанной закономерности, а другие — нет.
Почти все млекопитающие имеют семь шейных позвонков. В отличие от них, у птиц их количество варьируется от 9 до 25.
Позвоночник делится на пять отделов: шейный, грудной (вокруг грудной клетки), поясничный, крестцовый (таз) и хвостовой. Количество позвонков в каждом отделе — позвоночная формула — различается у разных видов. Для человека она обычно составляет "7, 12, 5, 5, 4".
Команда из Центра биодинамических исследований RIKEN (BDR) изучала закономерности в позвоночных формулах разных видов и их причины.
«Существует тесная связь между позвонками и генами Hox, — объясняет биофизик Рори Сербус. — Мы предположили, что эти гены или что-то, регулирующее их, лежит в основе различий».
Гены Hox интересны тем, что они высококонсервативны и встречаются у многих видов, от мух до человека, определяя строение тела.
Сербус, Кавагути и Ичиро Хиратани из BDR собрали самую полную базу данных о полном количестве позвонков у четвероногих, включая некоторые вымершие виды. Для этого они посещали музеи естественной истории, изучали компьютерные томограммы и анатомические книги.
Используя эту базу, исследователи изучили связь между позвоночной формулой и генами Hox у различных видов. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Нарушение работы генов Hox у мышей часто приводит к конкретному изменению позвоночной формулы: если в одном отделе появляется лишний позвонок, то в соседнем он исчезает, — говорит Сербус. — Таким образом, если гены Hox ответственны за определение позвоночной формулы у всех четвероногих, можно ожидать подобных "соседских обменов" при сравнении разных видов».
Команда действительно наблюдала такие закономерности у млекопитающих. Однако они также обнаружили, что другие группы четвероногих, такие как птицы и амфибии, нарушают эту схему.
«Мы ожидали, что вся изменчивость позвоночной формулы между видами будет выражаться в виде сдвига позвонков между соседними отделами, — отмечает Сербус. — Поскольку мы видим это у млекопитающих, эта идея верна. Если вы хотите изучать разнообразие планов строения тела млекопитающих, гены Hox, очевидно, очень важны».
Однако, поскольку не все четвероногие следуют этой закономерности, общая картина оказывается сложнее. Гены Hox по-прежнему играют роль у птиц и амфибий, говорит Кавагути, «но, по-видимому, они используются по-другому».