Как скаты и ромботелые скаты получили свои «крылья»
Эволюция поразительных, похожих на крылья грудных плавников скатов и ромботелых скатов произошла благодаря перепрофилированию генов, согласно новому исследованию учёных из Чикагского университета. Изучая эмбрионы скатов, они обнаружили, что задняя часть плавника формируется типичными генами развития конечностей, а передняя часть развивается под действием другого набора генов, которые обычно обнаруживаются в плечевых областях у других видов.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences 7 декабря 2015 года, проливают свет на генетические механизмы, ответственные за эволюцию и разнообразие конечностей позвоночных.
«Удивительно то, что необычная анатомия плавников ската возникает благодаря простым изменениям в процессах, которые создают более обычные на вид плавники других рыб», — сказал старший автор исследования Нил Шубин, доктор философии.
Уникальная адаптация
Чтобы изучить эволюцию плавников, команда под руководством Тэцуи Накамуры, доктора философии, проанализировала экспрессию генов у эмбрионов батоидов — группы хрящевых рыб, включающей скатов и ромботелых скатов, которые эволюционировали от древней линии акул.
Исследователи обнаружили, что на ранних стадиях развития грудные плавники эмбрионов скатов повторяют развитие конечностей у других рыб и тетраподов. Ключевую роль играет апикальный эктодермальный гребень (АЭГ) — область, стимулирующая пролиферацию клеток вдоль растущего края конечности.
Два центра роста
У большинства видов один АЭГ на конечность, но у скатов развиваются два:
Этими двумя областями управляют разные группы генов:
- Заднюю часть (рост к хвосту) контролируют гены семейства 5'Hox и фактор роста Fgf10 — типичные для развития конечностей.
- Переднюю часть (рост к голове) поддерживают гены 3'Hox и Fgf7, которые у других видов обычно работают в области основания конечности (плеча).
«Скаты, по-видимому, использовали уже существующий генетический модуль в передней части своих плавников, что позволило эволюционировать их уникальной форме», — сказал Накамура.
Понимание этих механизмов поможет ответить на вопросы об общем разнообразии плавников рыб и о том, как плавники превратились в конечности тетраподов.