Эволюция переиспользовала гены формирования клоаки для создания пальцев
Ученые обнаружили, что генетическая программа формирования пальцев у сухопутных животных могла возникнуть из маловероятного источника. Ключ к разгадке лежал в некодирующих областях генома.
Миллионы лет назад наши предки начали колонизировать сушу, трансформируясь из рыб в многочисленные виды позвоночных, снабженных, среди прочего, ступнями, кистями и пальцами. Понимание того, как возникли эти конечности, остается одной из старейших научных загадок.
Ученые предполагают, что пальцы животных и плавники рыб эволюционно связаны. Они могли начинаться в рамках одной генетической программы, но детали их происхождения остаются предметом научной дискуссии.
Международная группа исследователей выяснила, что для создания пальцев в процессе эволюции был использован древний регион генома, изначально отвечавший за формирование клоаки, а не плавников. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Биологи изучали не только гены, вовлеченные в развитие самих пальцев, но и исследовали обширные некодирующие области генома, которые контролируют экспрессию и активацию. Эти регионы называют «регуляторными ландшафтами». Они гораздо крупнее кодирующих областей, составляющих около двух процентов генома. Некодирующие области можно назвать диспетчерскими экспрессии генов.
Исследователи работали с геномами мышей и рыб данио-рерио. Сначала они выделили одинаковый для двух видов регуляторный ландшафт, участвующий в развитии пальцев у мышей. Затем биологи удалили эту крупную область ДНК у рыб с помощью технологии CRISPR/Cas9 и стали наблюдать за эмбриональными этапами развития рыб.
Изменение привело к потери экспрессии гена в области клоаки, а не в плавниках. Клоака — орган, в котором у многих видов встречаются конечные отделы кишечной, выделительной и репродуктивной систем. Такой неожиданный результат ученые объяснили тем, что эта область оказалась повторно использована в процессе эволюции у наземных позвоночных для развития пальцев.
«Общая черта клоаки и пальцев в том, что они представляют собой терминальные части (структуры, расположенные на конце биологической оси или системы — прим. редакции). Иногда это конец трубок пищеварительной системы, иногда — конец ступней и кистей, то есть пальцы. Таким образом, и те, и другие кодируют конец чего-либо», — поясняет Орели Хинтерманн (Aurélie Hintermann), автор исследования, выполненного в рамках ее диссертации.
Интересующие ученых регуляторные ландшафты контролируют активацию генов Hox, известных как гомеозисные или «гены-архитекторы». Они определяют положение и идентичность сегментов или органов, управляют ростом и специализацией тканей. Эти гены находятся на вершине сложной сети из тысяч операционных генов, контролируя их экспрессию. Мутация в этих генах может привести к значительным анатомическим изменениям. Для эволюции работа этих генов крайне важна.
«То, что эти гены вовлечены в данный процесс, — яркий пример того, как эволюция создает новое, перерабатывая старое. Вместо того чтобы строить новую регуляторную систему для пальцев, природа перепрофилировала существующий механизм, изначально активный в клоаке», — комментирует профессор Дени Дюбул (Denis Duboule), инициатор исследования.
На основании полученных данных ученые заключили, что в первую очередь эволюционировала архитектура регуляции операционных и кодирующих генов. Иногда целый генетический регион мог быть переработан в другом морфологическом контексте. Теперь для исследователей фокус переместился с вопроса о том, где эти изменения появляются в геноме, на то, каким образом они происходят.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые обнаружили, что дубы выработали эффективную стратегию, позволяющую им защищаться от пожирающих молодую листву гусениц — если предыдущий весной деревья сильно пострадали от их нашествия, то на следующий год почки распустятся на три дня позже. Трехдневной задержки достаточно, чтобы резко снизить выживаемость гусениц.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии