Американские ученые сделали большой шаг в понимании того, как позвоночные выбрались на сушу. Они детально изучили геном кистеперой рыбы латимерии и даже смогли вырастить целую и почти функционирующую конечность у лабораторной мыши, используя ДНК современного целаканта.
Долгое время наука считала кистеперых рыб полностью вымершими. Однако в 1938 году у побережья Африки рыбаки выловили первую латимерию – кистеперую рыбу из семейства целакантид. Так состоялось возвращение «живого ископаемого», вся родня которого вымерла еще в мезозойскую эру.
Из моря на сушу
В начале 2012 года японские генетики сообщили об успешной расшифровке генома латимерии. Как отметил профессор Токийского технологического института Норихиро Окада, «генетические характеристики кистеперой рыбы обнаруживают поразительное сходство с млекопитающими и другими наземными четвероногими», и должны пролить свет на происхождение млекопитающих.
Секвенирование ДНК латимерии было продолжено в США и уже дало ответ на вопрос, давно интересовавший специалистов-биологов: кто из двух групп рыб ближе к человеку – кистеперые или двоякодышащие? По данным генетической экспертизы, двоякодышащие находятся в большем генетическом родстве с млекопитающими, чем кистеперые. Зато геном целакантов короче – всего 2,8 млрд единиц против 100 млрд единиц у двоякодышащих, и поэтому более пригоден для генетических экспериментов.
Кроме того, доктор Крис Амемия из университете Вашингтона и его коллеги попытались реконструировать один из ключевых моментов эволюции – формирование у предков тетрапод конечностей, позволяющих перейти к наземному образу жизни. Им, в частности, удалось выделить фрагмент ДНК, повышающий активность генов, управляющих формированием конечностей у эмбриона кистеперых.
После того, как соответствующий участок ДНК был введен лабораторным мышам, он «немедленно начал работать и сформировал почти нормальные конечности», рассказал палеонтолог университета Чикаго Нил Шубин. Этот опыт показал, в частности, что современные млекопитающие вполне «понимают» гены кистеперых рыб. Чтобы лучше представлять себе эволюцию тетрапод, предстоит выяснить еще немало подробностей, но это исследование позволило им сделать большой шаг вперед, заявили ученые.
«Ископаемые» гены
Стоит отметить, что современные кистеперые рыбы представляют собой крупных и свирепых хищников, обитающих в морских глубинах. Днем они укрываются в подводных пещерах, а с наступлением ночи поднимаются к поверхности и охотятся там на мелкую рыбу. Потребности в сильных плавниках, необходимых для передвижений по суше, у них явно нет.
«Очевидно, это необычный образ жизни для данной группы, – сообщил The New York Times доктор эволюционной биологии немецкого университета Констанц Аксель Мейер. – Другие целаканты 400 млн лет назад жили в мелких лагунах, и вполне могли использовать сильные плавники для хождения вместо ног».
Согласно данным группы Амемии, гены латимерий изменялись намного медленнее, чем, например, у млекопитающих, именно из-за спокойных условий жизни и отсутствия хищников. «Мы обнаружили, что общие гены изменяются у латимерий значительно медленнее, чем у всех других рыб и наземных позвоночных, что мы изучили. Впервые мы смогли подтвердить этот факт на достаточно большой выборке материала», – сообщила исследовательница из Массачусетского технологического института Джессика Алфельди.
Но все же за прошедшие миллионы лет гены латимерий просто обязаны были претерпеть ряд серьезных превращений. Дело в том, что подводные пещеры Коморских островов, где сейчас обитает основная популяция этих рыб, возникли не раньше, чем 5-10 млн лет назад, и значит, такие «тепличные» условия жизни, как сейчас, существовали у них не всегда.
Практика, подтверждающая теорию
Сравнение генома латимерии с другими позвоночными позволяет увидеть, какие гены и регуляторные элементы были потеряны или изменились во время переселения прототетрапод из моря на сушу. Некоторые предварительные результаты показывают, что как и ожидалось, изменения касаются в основном генов, контролирующих развитие конечностей.
«Это согласуется с гипотезой, согласно которой лапы и пальцы наземных позвоночных представляют собой модификацию функций уже существовавших у кистеперых рыб структур, а не возникли «на ровном месте», – отметил принимавший участие в общей работе палеобиолог Оксфордского университета Мэтт Фридман.
Еще одним интересным открытием стал ген, связанный с образованием плаценты. У латимерий плаценты не бывает, зато они несут очень большие яйца с хорошим кровоснабжением, которые развиваются в теле матери. В теле наземных животных этот же ген может работать при формировании плаценты.
Также ожидаемыми оказались и другие отличия генома кистеперых от тетрапод. Например гены, связанные с обонянием, у этих двух групп имеют большие отличия, поскольку механизм восприятия запахов на суше и в воде совершенно разный. Также не совпадают участки генома, регулирующие иммунитет.
«Помимо специфических генетических деталей – которые, конечно, являются совершенно новыми для нас, – почти все, что удалось узнать, подтверждает наши нынешние представления об эволюционном изменениях, сопровождавших развитие сухопутности», — заявил Фридман NBC News.
