Разгадана загадка выхода позвоночных на сушу
Выход на сушу — ключевой скачок в эволюции позвоночных. Ранее было известно, что он произошёл у костных рыб.
Международная команда под руководством Куньминского института зоологии Китайской академии наук проанализировала геномы пяти видов рыб: африканского протоптера (двоякодышащая рыба), многопёра, веслоноса, амии и панцирной щуки. Результаты опубликованы в двух статьях в журнале Cell.
Проанализированные виды представляют две основные группы ныне живущих костных рыб: лопастепёрых и лучепёрых. Двоякодышащие рыбы — ближайшие современные родственники четвероногих (тетрапод). Их геном огромен (~40 Гб), что более чем в 10 раз превышает размер генома человека.
Ключевые выводы исследований:
- Функциональные элементы, связанные с гибкостью конечностей, вероятно, возникли у хрящевых рыб, сохранились у лопастепёрых и лучепёрых, но были полностью утрачены у костистых рыб (teleosts).
- Примитивные лёгкие, вероятно, также появились у общего предка костных рыб. Позже у большинства лучепёрых рыб они были заменены плавательным пузырём.
Трёхэтапная модель генетических инноваций для перехода из воды на сушу:
- Первый этап: Общие предки костных рыб уже обладали начальной способностью к воздушному дыханию и соответствующим молекулярным базисом.
- Второй этап: Увеличилась ёмкость лёгких за счёт появления большего количества респираторных генов и функциональных элементов у лопастепёрых рыб (sarcopterygians).
- Третий этап: Дальнейшие генетические инновации (новые гены и элементы) создали последнюю критическую основу для выхода на сушу.
Эволюция конечностей также происходила постепенно:
- Плечевая кость (humerus) произошла от метаптеригиума у базальных лучепёрых рыб.
- Лучевая кость (radius), вероятно, появилась у предков двоякодышащих рыб и тетрапод.
- Пятипалая конечность окончательно сформировалась у тетрапод.
Переход на сушу также сопровождался сопряжённой эволюцией кровеносной системы, мозга и локомоторного аппарата.
Эти исследования важны для понимания механизмов и процесса эволюции позвоночных при освоении наземной среды.