Пальці рук і ніг у людини можуть мати несподіване еволюційне походження. Згідно з новим дослідженням, опублікованим у журналі Nature, гени, що нині відповідають за розвиток пальців, спочатку регулювали формування клоаки у риб. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження.
Як клоака риб дала початок пальцям у людини
Генетичне дослідження вчених зі Швейцарії та США показало, що ДНК-перемикачі, які регулюють утворення пальців у ссавців, спочатку мали зовсім інше призначення. Вони відповідали за формування клоаки — спільного отвору для виведення продуктів життєдіяльності та відкладання ікри в риб.
Йдеться про Hox-гени — особливу групу генів, які визначають, де і як розвиватимуться частини тіла в ембріона. У ссавців підгрупа Hoxd контролює розвиток пальців на руках і ногах. Водночас у риб, таких як рибка даніо, ці гени активні не в плавцях, а в області клоаки.
Рибка даніо — широко використовуваний модельний організм у біології. Її прозорий ембріон дозволяє легко спостерігати за тим, як і де активуються певні гени в процесі розвитку.
Ключовий експеримент: що сталося після видалення ДНК-перемикачів
Щоб визначити функцію цих генетичних перемикачів, дослідники провели експеримент з флуоресцентним маркуванням. Вони помітили, що у мишей маркери світяться в ділянках, де формуються пальці, а у зебрарибок — у клоаці.
Наступний етап — експеримент з використанням технології CRISPR-Cas9, який дозволив «вимкнути» ці перемикачі. У мишей зникла правильна форма пальців, а у риб — клоака сформувалась неправильно. Це підтвердило гіпотезу: спочатку ці ділянки ДНК відповідали за клоаку, і лише пізніше були «переналаштовані» на розвиток пальців у тетраподів — чотириногих хребетних, до яких належать і люди.
Що спільного між пальцями і клоакою?
«Спільна риса клоаки та пальців у тому, що вони є кінцевими структурами тіла», — пояснює генетикиня Орелі Хінтерманн зі Stowers Institute у США, одна з авторок дослідження. — «Це або кінець травної та сечостатевої системи, або кінці рук і ніг. В обох випадках — завершення певної трубчастої системи».
Саме така анатомічна логіка могла стати причиною того, що в еволюційному процесі один і той самий генетичний механізм був використаний двічі — спочатку для клоаки, а згодом для пальців.
Що означає відкриття для розуміння еволюції
Дослідження підтримує ідею, що великі анатомічні зміни в процесі еволюції часто виникають не шляхом створення нових генів, а завдяки переосмисленню функцій уже наявних. Природа, як зазначає генетик Дені Дюбуль з Університету Женеви, «не створює нове з нуля, а адаптує вже існуюче».
Цей принцип має назву «еволюційна переробка» — коли генетичні елементи використовуються повторно для нових функцій. Це відкриття також змінює погляд на те, як тетраподи адаптувались до життя на суходолі, розвиваючи складні кінцівки замість плавців.
Загалом, результати дають уявлення про те, як могла виглядати перехідна стадія між водними рибами й наземними тваринами — завдяки генетичним механізмам, що колись регулювали зовсім інші частини тіла.
Раніше ми писали, що риби демонструють здатність до навчання у природному середовищі
