Узкое тело змей лишено конечностей и вмещает всего одно легкое. Генетики показали, что это связано с потерей генов, которые контролируют развитие конечностей, и подавлением работы других, задающих двустороннюю симметрию тела.
Анатомия змей крайне необычна для позвоночных. У них нет конечностей, а туловище так вытянуто и узко, что может вместить только одно непарное легкое. Этим змеи резко отличаются даже от ящериц — своих ближайших родственниц. Новый масштабный анализ показал, какие генетические особенности лежат в основе столь странного устройства тела. Статья герпетологов из китайского Института биологии в Чэнду опубликована в журнале Cell.
Цзятан Ли (Jia-Tang Li) и ее коллеги секвенировали ДНК 14 видов змей, относящихся к 12 разным семействам, а также использовали геномы 11 видов змей, которые были определены ранее. Их разделяет 150 миллионов лет независимой эволюции — немногим меньше, чем змеи существуют на Земле. Поэтому особенности, найденные у всех, должны быть ключевыми для всего подотряда.
Ключевой находкой стали мутации в гене PTCH1, управляющем развитием конечностей. Прежде считалось, что безногость змей связана с изменениями в генах, которые контролируют его работу. Однако теперь ученые обнаружили сразу несколько делеций («выпавшие» участки гена) в PTCH1, характерных для всех исследованных видов змей. По-видимому, это произошло на самых ранних этапах их эволюции и стало основой утери конечностей.
Такое влияние удалось подтвердить и в лабораторных экспериментах. Ученые получали генно-модифицированных мышей, в аналог гена PTCH1 были внесены соответствующие мутации. Грызуны действительно рождались с сильно редуцированными конечностями.
Также у змей нарушены гены DNAH11 и FOXJ1, которые играют важнейшую роль в эмбриогенезе позвоночных и обеспечивают симметричное строение тела. Ученые предполагают, что именно благодаря этому одно из легких у этих пресмыкающихся крайне редуцировано, а то и вообще отсутствует. Принято считать, что изменения в работе настолько важных генов всегда фатальны для организма. Но змеи показывают, что эволюция находит способы обойти и эти ограничения.
С другой стороны, гены, связанные со зрением и способностью воспринимать высокочастотные звуки, у змей оказались на месте. Их активность всего лишь подавлена контролирующими генами. Поэтому, например, зрение у таких чешуйчатых совсем слабое, а изменения слухового аппарата позволили адаптировать его, чтобы лучше воспринимать вибрации грунта.