Плавники австралийских рыб пролили свет на эволюцию конечностей

В девонском периоде, примерно 380 миллионов лет назад, на Земле возникли первые четвероногие — они произошли от лопастеперых рыб. Ученые до сих пор не могут найти механизм, который помог бы развиться конечностям из плавников.

Группа биологов из Австралии, Германии и Италии решила, что обнаружить его помогут рогозубы — ближайших родственников древних двоякодышащих (группа пресноводных лопастеперых) и, как следствие, четвероногих. По этой причине их плавники лучше всего подходят для изучения эволюции конечностей. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Исследователи изучили плавники эмбрионов рогозубов и нашли в них ген hoxa13, ответственный за развитие конечностей. Важно, что в плавниках других рыб, которые не так тесно связаны с тетраподами, его нет. «Эта находка ясно указывает на то, что примитивная рука уже присутствовала у предков наземных животных», — рассказал доктор Йост Вольтеринг, один из авторов работы.

«Рука» рогозуба слабо напоминает анатомию конечностей четвероногих, поскольку у нее не развиты пальцы. Чтобы понять, откуда возникло такое различие, биологи изучили экспрессию генов, участвующих в формировании лап. Исследование показало, что древним двоякодышащим для выхода на сушу понадобился «завершающий штрих» — особая программа эмбрионального развития, которая отвечала за формирование пальцев. По ней гены alx4, hand2, hoxa13, hoxd13 начинали работать привычным для лопастеперых образом. Нoxd13, отвечающий за развитие пальцев, продолжал быть активным только в одной половине плавника, но затем распространялся по всей будущей конечности и давал сигнал к образованию пальцев.

Авторы работы считают, что их исследование доказывает распространенную теорию о появлении четвероногих, которую выдвинули еще в начале ХХ века. Она постулирует, что пальцы возникли из-за расширения радиалий — костных плавниковых лучей. Расширение элементов скелета как раз заметили биологи во время сравнения плавников двоякодышащих с конечностями четвероногих.

Они собираются продолжить исследования, чтобы понять процесс формирования конечностей из плавников и описать механизмы, которые сделали их настолько разными. Авторы собираются исследовать разные виды рыб, в том числе тех, у которых нет такой долгой истории развития, как у рогозубов.