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 Европейское космическое агентство опубликовало снимок галактики NGC 4698, расположенной в созвездии Дева. Хотя на фотографии, сделанной телескопом «Хаббл», галактика кажется безмятежной, она хранит удивительную тайну: находящиеся в центре звезды и газ вращаются под прямым углом по отношению к остальной части диска.
Управление Конгресса США по бюджету подготовило доклад о последствиях глобального потепления. Первыми изо всех государственных органов в истории оно спрогнозировало серьезное снижение смертности из-за потепления климата. Это идет наперекор многолетней традиции полного игнорирования официальными документами давно известного в науке факта подавления избыточной смертности из-за роста глобальных температур.
«Правила о свадьбах» и списки женихов: ученые выяснили, что писал граф Аракчеев о военных поселениях
Как управляли военными поселениями в XIX веке? Что писал Аракчеев императорам? Ответы — в «Новгородском сборнике» 1865–1866 годов. Здесь опубликованы отчеты Старорусского военного поселения, переписка графа Аракчеева и даже «Правила о свадьбах», составленные им. Исследование ученого НовГУ вводит в оборот уникальные документы из истории военных поселений. Автор исследования – доцент кафедры журналистики НовГУ Ирина Василенко.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Тренды здорового питания постоянно меняются, в том числе на основе научных исследований. Когда-то публика панически боялась жиров, но их реабилитировали. Гарвардская пирамида здорового питания рисовала сложные углеводы в основании пирамиды, а теперь они переместились к вершине. Возможно, и современную моду на приоритет белка придется пересмотреть.
При выборе между возможной выгодой и риском в коре головного мозга разворачивается противостояние двух независимых нейронных узлов. Нейробиологи подключились к мозгу напрямую и зафиксировали эту борьбу в реальном времени. Исследование помогло объяснить физическую природу сомнений и скрытую анатомию выбора.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
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