В развитии ушей опоссумов — отголоски эволюционной истории

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B, показывает, как развитие серого короткохвостого опоссума раскрывает возможный эволюционный путь от простого уха рептилий к сложному слуховому аппарату млекопитающих.

Эволюционная загадка среднего уха

• У млекопитающих три крошечные косточки среднего уха (молоточек, наковальня и стремечко) преобразуют звуковые колебания в нервные импульсы.
• У рептилий и общих предков этих групп присутствует только стремечко, а аналоги молоточка и наковальни являются частью челюсти.

Опоссум как живая модель

Учёные из Университета Иллинойса, Королевского колледжа Лондона и Чикагского университета выбрали для изучения серого короткохвостого опоссума. Ключевые этапы развития его челюсти и уха происходят постепенно и после рождения, что делает его удобной моделью.

• Анатомические наблюдения показали, что стадии развития челюсти и уха у опоссума в точности повторяют последовательность изменений, видимую в палеонтологической летописи переходных форм.
• «Наш современный организм-аналог — серый короткохвостый опоссум — это fantastic living model для понимания развития давно вымерших таксонов», — отметил ведущий исследователь Дэниел Урбан.

Генетический переключатель

Исследователи изучили процесс разрушения хряща Меккеля, который в ходе развития млекопитающих освобождает молоточек и наковальню от челюсти.

• Была выявлена группа генов, активность которых коррелирует с саморазрушением клеток в этом хряще.
• Ключевую роль играет сигнальный путь гена TGF-β. Когда учёные заблокировали его у развивающихся опоссумов, клетки хряща не погибли, и косточки среднего уха остались частью челюсти.
• «Мы показали, что эту связь (между средним ухом и челюстью) можно сохранить или разорвать относительно небольшим изменением в экспрессии всего одного гена», — пояснил Урбан.

Неожиданное эволюционное разнообразие

• Оказалось, что у опоссумов клетки хряща Меккеля саморазрушаются (апоптоз), в то время как у мышей (плацентарных млекопитающих) они поглощаются другими клетками.
• Это свидетельствует о разных клеточных механизмах у сумчатых и плацентарных млекопитающих. В сочетании с палеонтологическими данными это означает, что среднее ухо млекопитающих независимо эволюционировало как минимум четыре раза.

Эволюционное преимущество

Хотя исследование напрямую не отвечает на вопрос о преимуществе такого изменения, Урбан предложил гипотезу:

• Улучшенная слуховая чувствительность благодаря свободным косточкам стала огромным преимуществом для первых мелких, ночных насекомоядных млекопитающих.
• Ночной образ жизни помогал избегать хищников, а острый слух — эффективнее охотиться.

Таким образом, изменение в активности одного гена могло стать тем случайным эволюционным «толчком», который изменил траекторию развития и привёл к появлению сложного слуха млекопитающих.