Обязаны рыбьим клоакам: раскрыта тайна появления пальцев у людей

Новое исследование происхождения формирования пальцев у людей показывает, что ген ДНК, контролирующий развитие пальцев на наших руках и ногах, начинал свою "карьеру" с регулирования формирования клоак у рыб около 380 миллионов лет назад, пишет Science Alert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Авторы исследования считают, что их открытие является прекрасной иллюстрацией основного принципа природы: зачем создавать новые генетические инструменты с нуля, если можно использовать существующие.

По словам генетика развития Дени Дюбуля из Женевского университета в Швейцарии, участие этих генов является ярким примером, что эволюция внедряет инновации, используя старые для создания новых. Вместо того чтобы создавать совершенно новую систему регуляции, природа перепрофилировала существующий механизм, изначально используемый для функционирования клоаки.

Тайна формирования пальцев

Ученые уже давно пытаются ответить на вопрос о том, как у четвероногих животных появились пальцы от наших предков-рыб. Одна из теорий предполагает, что пальцы развились из плавников, однако это не единственное возможное объяснение.

Известно, что формирование пальцев у четвероногих закодировано в генах Hoxd, которые являются частью обширного регуляторного ландшафта. В новом исследовании международная группа ученых сравнила геномы рыб и мышей, изучив, в том числе, и области рядом с генами Hoxd, содержащие управляющие ими ДНК-переключатели.

Что общего у человеческих пальцев и рыбьих клоак?

Исследователи обнаружили, что у данио-рерио нет пальцев, и у них отсутствуют некоторые гены Hoxd. Тем не менее у них сохранился генетический регуляторный ландшафт, прилегающий к оставшимся Hox-генам с ДНК-переключателями. Это подняло вопрос о том, какую функцию этот ландшафт изначально выполнял.

Команда пометила некоторые их этих переключателей у эмбрионов мышей и рыб флуоресцентными маркерами, чтобы подсветить ткани, экспрессирующие эти гены. У эмбрионов мышей переключатели активировались в пальцах, а у данио-рерио – в клоаке.

Далее ученые сосредоточились на изучении того, к чему приведет удаление этих элементов с помощью CRISPR-Cas9, и результаты снова оказались довольно однозначными. У мышей с удаленной регуляторной областью пальцы рук и ног развивались неправильно. У данио-рерио не сформировалась по плану клоака, а не плавники.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что изначально регуляторный ландшафт на самом деле был направлен на развитие клоак у рыб. Предполагается, что по мере эволюции четвероногих от водных предков этот ландшафт получил новое применение.

По словам генетика Орели Хинтерманн, общая черта клоаки и пальцев заключается в том, что они представляют собой "конечные части". Иногда они являются окончанием трубок пищеварительной системы, иногда — окончанием ног и рук, то есть пальцев. Следовательно, и то, и другое обозначает окончание чего-либо.