У хрящевых рыб нашли суставы как у наземных животных

❋ 4.5

Американские биологи проанализировали происхождение суставов у хрящевых рыб и морских миног на молекулярном и геномном уровнях. Результаты экспериментов показывают, что смазанные суставы возникли еще до эволюции костей.

Биология

# миноги

# скаты

# суставы

# хрящевые рыбы

(А) Взаимодействия между смазывающими веществами в суставе, такими как гиалуронан, аггрекан и другие. (B-D) Окрашивание показывает наличие гликозаминогликанов в челюсти (B) и тазу (C) ежового ската, а также в хряще глотки морской миноги (D). (E) Хрящевой скелет морской миноги экспрессирует белок, связывающий протеогликаны. (F,F') В тазовом суставе молодого ската на суставных поверхностях экспрессируется аггрекан — протеогликан, характерный для синовиальных суставов. (G,G') CD44, гликопротеин клеточной поверхности и рецептор гиалуроновой кислоты, экспрессируется на суставных поверхностях и в подсуставных областях тазовых суставов молодого ската / © bioRxiv, Neelima Sharma et al.

Суставы — подвижные сочленения костей, покрытые суставной сумкой, синовиальной оболочкой и жидкостью — позволили животным плавно передвигаться и сохранять стабильность при перемещении. Раньше считалось, что это изобретение наземных позвоночных, поскольку при выходе на сушу изменился тип передвижения. Однако впоследствии белки, которые смазывают суставы, обнаруживали в челюстях костных рыб данио-рерио (Danio rerio), трехиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus) и у пятнистой панцирной щуки (Lepisosteus oculatus).

Эти находки отодвинули эволюционное происхождение смазанных суставов как минимум на 410 миллионов лет назад к общему предку позвоночных животных. Но точнее определить дату возникновения такого механизма сложно, поскольку суставная ткань не сохраняется в ископаемых скелетах.

Скольжение костей в суставе обеспечивают несколько вещей. Во-первых, место соединения на костях покрыто упругим гиалиновым хрящом. Во-вторых, сустав смазывают белки хондроитинсульфаты (аггрекан, лубрицин), коллагены двух типов, гликозаминогликаны (гиалуроновая кислота) и гликопротеин CD44. Все они предотвращают трение костей при движении. По этим признакам американские биологи решили узнать, есть ли синовиальные суставы у хрящевых рыб, считающихся предками позвоночных. Для это ученые изучили устройство скелета акул, скатов и бесчелюстных миног. Препринт исследования опубликован на сайте bioRxiv.

Микротомография и гистология показывают наличие разделенных сочленений с полостями у молодых ежовых скатов, но не у морских миног. (A, B) 3D-реконструкция хрящевого скелета молодых скатов (стадия 33) показывает сочленения с взаимной геометрией поверхностей в челюсти (A) и тазу (B). (C, D) Сочленения ската в челюсти (C) и тазовом ребре между тазовым поясом (D). (E) 3D-реконструкция хрящевого скелета молодой миноги в боковом ракурсе. (F, G) Невзаимозаменяемость хрящевых элементов у миноги и отсутствие суставных полостей, о чем свидетельствует наличие контраста между соседними элементами. (H, I) Гистохимическое окрашивание показывает наличие полостей в суставах челюсти (H) и таза (I) молодого ската. (J, K) Гистохимическое окрашивание показывает наличие суставов без полостей у миноги / © bioRxiv, Neelima Sharma et al.

Авторы работы исследовали скелетную морфологию эмбрионов белопятнистой кошачьей акулы (Chiloscyllium plagiosum), ежового ската (Leucoraja erinacea) и молодой особи морской миноги (Petromyzon marinus). Микротомография и гистологический анализ показали, что у хрящевых рыб есть сочленения с полостями наподобие суставов в челюстях и тазовой области, но у миног отдельных хрящевых элементов не было. Выстилка суставной полости ската и акулы напомнила ученым мембрану из хондроцитов тетраподов, а морфология походила на суставы куриного эмбриона.

Метод окрашивания выявил в составе суставной поверхности скатов коллаген второго типа и гликозаминогликаны. С помощью геномного анализа биологи обнаружили, что у скатов смазывающие белки (аггреканы, CD44 и другие) выделяются только в области сустава, тогда как у миноги — по всему хрящевому скелету. Также выяснилось, что разделение хрящей на два и формирование посередине суставной полости происходит у скатов между 32-й и 33-й стадией развития.

Чтобы узнать, какой процесс стоит за созданием сустава, авторы работы вызвали у некоторых эмбрионов паралич мышц. В результате у парализованных особей суставных полостей в тазовой и челюстной областях не возникло, тогда как у нетронутых взрослых рыб все было в порядке. Биологи сделали вывод, что сустав между хрящами формируется мышечными сокращениями.

Результаты работы показали, что синовиальные суставы возникли еще до эволюции костей, а генами, которые продуцируют смазывающие белки, обладали уже бесчелюстные морские миноги — поэтому их тело такое гибкое. Это позволяет предположить, что хрящевые рыбы использовали уже существующие инструменты, но специализировали их для движений челюсти и плавников в более жестком и длинном скелете.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.