Врождённый барометр птиц произошёл от древнего органа чувств рыб
Новое исследование показывает, что «паратимпанальный орган» (ПТО) — врождённый барометр в среднем ухе птиц — эволюционировал из органа чувств рыб, который детектирует движение челюсти.
Работа, опубликованная в Nature Communications, проливает свет на эволюцию сенсорных систем после того, как тетраподы покинули океаны и вышли на сушу.
«Спиракулярный орган», обнаруженный у хрящевых рыб (акул и скатов) и некоторых костных рыб (включая панцирных щук, осетров и двоякодышащих), структурно похож на ПТО птиц и расположен в том же положении в голове — в стенке «спиракулума» (первой жаберной щели), из которой эволюционировала полость среднего уха всех наземных позвоночных.
Оба органа содержат детектирующие движение волосковые клетки, подобные тем, что во внутреннем ухе человека используются для слуха и равновесия. Движения барабанной перепонки у птиц и движения челюсти у рыб соответственно деформируют ПТО и спиpакулярный орган, активируя волосковые клетки.
Предполагается, что птицы используют ПТО для обнаружения давления воздуха, что помогает при быстрых изменениях высоты. Орган наиболее сложен у быстрых летунов, таких как стрижи.
Комбинируя анализ экспрессии генов с методами картирования клеточных судеб в эмбрионах цыплят, учёные определили, что ПТО происходит из уникальной «плакоды», существование которой у птиц ранее не подозревалось. Плакоды — это специализированные утолщённые участки эмбриональной кожи, из которых развиваются органы чувств.
Исследование доктора Пола О’Нила было начато в лаборатории доктора Клэр Бейкер в Департаменте физиологии, развития и нейробиологии Кембриджского университета и завершено в лаборатории доктора Раджа Лэдхера в Центре биологии развития RIKEN в Кобе, Япония.
ПТО птиц был впервые описан в 1911 году Джованни Витали из Университета Сиены. После первоначального ажиотажа, который привёл к номинации Витали на Нобелевскую премию по физиологии или медицине 1934 года, его существование было в значительной степени забыто или проигнорировано.
«Открытие этой плакоды устраняет единственное препятствие для принятия эволюционной связи между птичьим ПТО и спиpакулярным органом», — сказала Бейкер.
«ПТО также обнаружен у аллигаторов и был зарегистрирован у гаттерии — единственного живого представителя древней рептильной линии, отличной от ящериц и змей. Хотя его функция у этих видов неизвестна, она может быть связана с движением челюсти. Неясно, почему ПТО был утерян в других линиях амниот — млекопитающих, черепах, ящериц и змей, — но, вероятно, функция ПТО была модифицирована у птиц для обнаружения давления воздуха во время полёта».
«Будет интересно использовать современные молекулярные методы, чтобы определить, начинает ли развиваться плакода ПТО у млекопитающих, даже если сам орган не обнаруживается».
Британское исследование финансировалось BBSRC, а работа в Японии — Японским обществом содействия науке (JSPS) и RIKEN.
Предыдущая работа по развитию органов чувств из лаборатории Бейкер в Кембридже, опубликованная в Nature Communications and Development, показала, что последний общий предок всех челюстных позвоночных (то есть всех ныне живущих позвоночных, кроме миксин и миног) имел систему электрочувствительных органов, происходящих из плакод, для обнаружения изменений в локальном электрическом поле, используемую для охоты на живую добычу.