1. События

От плавника до человеческой кисти — как это было

Команда исследователей из Чикагского университета (США) сообщает, что наши кисти имеют глубокую эволюционную связь не только с крыльями летучих мышей и копытами лошадей, но и с рыбьими плавниками.
Неожиданное открытие поможет понять, как наши предки покинули воду, превратив плавники в конечности, которые были нужны, чтобы передвигаться по земле.
ce6fede2.jpg
© Shubin Laboratory
С первого взгляда, человеческая кисть и плавник, скажем, золотой рыбки, совсем не похожи. Кисть находится на конце руки. В ней есть кости, которые развиваются из хрящей и содержат кровеносные сосуды. Этот тип ткани называется эндохондральной костью. У золотой рыбки есть крошечное скопление эндохрональных костей у основания плавника. Остальная часть плавника занята тонкими лучами, которые состоят из ткани под названием кожный скелет. Кожный скелет не вырастает из хрящей и не содержит кровеносных сосудов.
Эти различия долго озадачивали ученых. Палеонтологическая летопись показывает, что мы имеем общего водного предка с лучеперыми рыбами, которые жили 430 млн лет назад. Четвероногие создания с позвоночниками — известные, как тетраподы — появились 360 млн лет назад и отправились колонизировать сушу.
Более двух десятилетий американский палеонтолог Нил Шубин исследовал этот переход двумя радикально отличными способами.
Ученый откопал окаменелости, которые датируются временами перехода от моря к суше. Открытия Шубина включают рыбу под названием Тиктаалик возрастом 370 млн лет, которая имела похожие на конечности плавники. Тиктаалик вырастила эндохондральные кости, соответствующие тем, начинающиеся с плечевой кости, переходящие в лучевую кость, после в локоть и запястье. Но рыбе не хватало пальцев, и она все еще имела плавниковые лучи.
В лаборатории Шубин и его команда сравнили, как развивались эмбрионы тетраподов — например, мышей, — и рыб.
Сначала эмбрионы были очень похожи и состояли в основном из голов и хвостов. Затем у зародышей рыб зародыши конечностей вырастали в плавники, а у тетраподов — полноценные конечности.
Исследователи открыли некоторые гены, которые управляли этим развитием. В 1996 году команда французских ученых, изучая мышей, открыла гены, которые отвечали за развитие ног.
Когда ученые останавливали работу двух генов под названием Hoxa-13 и Hoxd-13, мыши выращивали нормальные длинные кости в ногах. Но запястья и лодыжки не появлялись, так же как и пальцы. Вероятно, Hoxa-13 и Hoxd-13 «говорили» клеткам в конечностях зародышей тетраподов, что они разовьются в кисти и ступни.
Шубин знал, что рыбы имеют гены, относящиеся к Hoxa-13 и Hoxd-13. Он заинтересовался, какое участие принимали эти гены в развитии плавников. Эксперимент на рыбах дал им подсказку.
В 2013 году исследователь Тэцуя Накамура использовал метод генной инженерии CRISPR-Cas9, чтобы манипулировать эмбрионами рыб. Он выбрал для изучения данио-рерио, так как их прозрачные эмбрионы позволяли легко отследить развитие. Накамура вставил частички ДНК в рыбьи версии генов Hoxa-13 и Hoxd-13. Вставленные ДНК искажали последовательность генов так, чтобы рыба не могла произвести из них протеины.
Данио-рерио с дефективными копиями обоих генов Hox выращивали деформированные ДНК. Но к удивлению ученых, рыба не смогла вырастить плавниковые лучи. Эксперимент показал, что у рыб гены Hox контролировали клетки, которые стали кожным скелетом, а не эндохондральной костью.
У данио-рерио клетки, которые получили этот молекулярный адрес, стали костным скелетом для плавниковых лучей. У тетраподов те же клетки производили эндохондральные кости в кистях и ступнях.
Открытие помогло ученым понять роль «промежуточной» рыбы с плавниками, похожими на конечности, которую раскопали Шубин и его коллеги. Тиктаалик все еще использовала те же молекулярные адреса, что и ее предки. Но когда клетки достигали этих адресов, некоторые из них становились эндохондральными костями, а не лучевыми плавниками. Переключиться из одного вида ткани к другой оказалось не такой сложной задачей.

Поделитесь новостью

Читайте также

Загрузка...