Генетическая программа для конечностей существовала у рыб за миллионы лет до выхода на сушу

Исследователи обнаружили, что генетические инструкции для развития конечностей и пальцев присутствовали у примитивных рыб за миллионы лет до того, как их потомки впервые выбрались на сушу.

Генетические переключатели контролируют время и место активности генов. Учёные из Чикагского университета сообщают в Proceedings of the National Academy of Sciences, что когда конкретный переключатель, взятый из ДНК рыбы, помещали в эмбрионы мышей, он мог активировать гены в развивающейся области конечностей. Успешная замена говорит о том, что рецепт развития конечностей сохранился у видов, разделённых 400 миллионами лет эволюции.

Связь с окаменелостями

Поиск был вдохновлён знаменитой находкой 2004 года — переходной окаменелости Tiktaalik, обнаруженной в канадской Арктике командой под руководством Нила Шубина. Этот вид, промежуточный между рыбами и четвероногими тетраподами, имел плавники со скелетной структурой, похожей на конечности наземных животных.

Сходство, особенно наличие запястных и кистеподобных отделов в плавниках Tiktaalik, натолкнуло на лабораторный эксперимент по изучению гомологии (общих физических и генетических черт) рыб и животных с конечностями.

Эксперимент с генетическими переключателями

Исследователи сравнили регуляторную область генома под названием CsB, которая, как известно, регулирует развитие конечностей у человека, с аналогичными регионами у мышей, кур, лягушек и двух видов рыб: данио-рерио и ската.

Учёные нашли, что определённые последовательности в области CsB являются общими для рыб и тетраподов. Это позволило провести эксперимент по обмену этими последовательностями между видами. Оказалось, что:

• Мышиный CsB мог включать экспрессию генов на внешнем крае развивающегося плавника у данио-рерио.
• CsB от ската и данио-рерио был способен активировать экспрессию генов в запястье и проксимальных отделах пальцев мышиной конечности.

Значение открытия

Результаты противоречат более ранним данным о том, что переключатель из ДНК рыбы-фугу не работает в конечностях мышей, что якобы указывало на совершенно новую систему развития у тетраподов. Новое исследование показывает, что генетический переключатель для развития конечностей существовал уже глубоко в эволюционном древе.

Ключевым изменением, вероятно, стала не сама программа, а её модификация: изменение времени или места включения генов, что и привело к драматическим анатомическим различиям, позволившим жизни освоить сушу.