От рыбьей клоаки к пальцам: учёные проследили происхождение наших пальцев

Международная команда под руководством Женевского университета (UNIGE) с участием EPFL, Коллеж де Франс, а также университетов Гарварда и Чикаго выяснила, что пальцы могли эволюционировать из-за повторного использования древнего региона генома, изначально активного при формировании рыбьей клоаки, а не их плавников.

Исследование, опубликованное в Nature, показывает, что одна из ключевых эволюционных стратегий — это переработка уже существующего, а не создание нового.

Смена перспективы

Чтобы понять происхождение конечностей, учёные изучили не только гены, вовлечённые в развитие пальцев, но и обширные некодирующие области генома — «регуляторные ландшафты», которые контролируют экспрессию генов.

Сравнив геномы мышей и рыб, исследователи выявили регуляторный ландшафт, консервативный у обоих видов и участвующий в развитии пальцев у мышей. Удалив этот большой регион ДНК у рыб с помощью технологии CRISPR/Cas9, команда наблюдала потерю экспрессии гена в клоаке, но не в плавниках.

Этот неожиданный результат предполагает, что клоака — орган, где сходятся кишечная, выделительная и репродуктивная системы у многих видов — была повторно использована у наземных позвоночных для развития пальцев.

«Общая черта клоаки и пальцев в том, что они представляют собой конечные части. Иногда это конец трубок пищеварительной системы, иногда — конец стоп и кистей, то есть пальцы. Таким образом, и то, и другое отмечает конец чего-либо», — поясняет соавтор исследования Аурели Хинтерманн.

Эволюционная переработка

Исследуемые регуляторные ландшафты контролируют активацию генов Hox, известных как «гены-архитекторы». Они устанавливают план организации тела, определяя положение и идентичность сегментов или органов.

«То, что эти гены вовлечены, — яркий пример того, как эволюция создаёт новое, перерабатывая старое, — комментирует инициатор исследования Дени Дюбуль. — Вместо того чтобы строить новую регуляторную систему для пальцев, природа перепрофилировала существующий механизм, изначально активный в клоаке».

Эволюционирует не только кодирующая часть генов, но и архитектура их регуляции. Иногда целый регион может быть переработан в другом морфологическом контексте, как в случае с клоакой и пальцами.