Зобов'язані риб'ячим клоакам: розкрито таємницю появи пальців у людей

Нове дослідження походження формування пальців у людей показує, що ген ДНК, який контролює розвиток пальців на наших руках і ногах, починав свою "кар'єру" з регулювання формування клоак у риб близько 380 мільйонів років тому, пише Science Alert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Автори дослідження вважають, що їхнє відкриття є прекрасною ілюстрацією основного принципу природи: навіщо створювати нові генетичні інструменти з нуля, якщо можна використовувати наявні.

За словами генетика розвитку Дені Дюбуля з Женевського університету у Швейцарії, участь цих генів є яскравим прикладом того, що еволюція впроваджує інновації, використовуючи старі для створення нових. Замість того щоб створювати абсолютно нову систему регуляції, природа перепрофілювала наявний механізм, який від самого початку використовувався для функціонування клоаки.

Таємниця формування пальців

Учені вже давно намагаються відповісти на питання про те, як у чотириногих тварин з'явилися пальці від наших предків-риб. Одна з теорій припускає, що пальці розвинулися з плавників, однак це не єдине можливе пояснення.

Відомо, що формування пальців у чотириногих закодовано в генах Hoxd, які є частиною великого регуляторного ландшафту. У новому дослідженні міжнародна група вчених порівняла геноми риб і мишей, вивчивши, зокрема, й області поруч із генами Hoxd, що містять ДНК-перемикачі, які ними керують.

Що спільного у людських пальців і риб'ячих клоак?

Дослідники виявили, що у даніо-реріо немає пальців, і у них відсутні деякі гени Hoxd. Проте у них зберігся генетичний регуляторний ландшафт, прилеглий до решти Hox-генів із ДНК-перемикачами. Це порушило питання про те, яку функцію цей ландшафт спочатку виконував.

Команда позначила деякі з цих перемикачів у ембріонів мишей і риб флуоресцентними маркерами, щоб підсвітити тканини, що експресують ці гени. У ембріонів мишей перемикачі активувалися в пальцях, а у даніо-реріо — в клоаці.

Далі вчені зосередилися на вивченні того, до чого призведе видалення цих елементів за допомогою CRISPR-Cas9, і результати знову виявилися досить однозначними. У мишей з видаленою регуляторною ділянкою пальці рук і ніг розвивалися неправильно. У даніо-реріо не сформувалася за планом клоака, а не плавники.

Таким чином, учені дійшли висновку, що спочатку регуляторний ландшафт насправді був спрямований на розвиток клоак у риб. Передбачається, що в міру еволюції чотириногих від водних предків цей ландшафт отримав нове застосування.

За словами генетика Орелі Хінтерманн, спільна риса клоаки та пальців полягає в тому, що вони являють собою "кінцеві частини". Іноді вони є закінченням трубок травної системи, іноді — закінченням ніг і рук, тобто пальців. Отже, і те, й інше позначає закінчення чого-небудь.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що всього один додатковий палець зробить людину всемогутньою.

Раніше Фокус писав про те, як утворюються відбитки пальців на руках.