Знакомьтесь с морским робином — необычной рыбой, которая может показаться персонажем из книги Доктора Сьюза. С телом типичной рыбы, крыльями, как у птицы, и шестью ногами, похожими на клешни ракообразных, морской робин имеет уникальный облик. Эти шесть ног идеально подходят для быстрого передвижения по дну океана, копания и поиска пищи. Однако их роль не ограничивается только передвижением. Эти ноги служат полноценными сенсорными органами, позволяя морским робинам находить прячущуюся в песке добычу. Исследования, опубликованные 26 сентября в журнале Current Biology, подробно описывают эти удивительные открытия.
Как возникает новый орган?
Морские робины — длинные рыбы с костяными головами, обитающие в умеренных морях по всему миру. Их «ноги» представляют собой расширения грудных плавников: у каждой рыбы три плавника с каждой стороны. Эти рыбы настолько ловко находят пищу, что другие рыбы иногда следуют за ними в поисках остатков. В 2019 году соавтор исследования, постдокторский исследователь Гарвардского университета Кори Аллард, наблюдал морских робинов в Морской биологической лаборатории на Кейп-Коде и захотел узнать больше об этих уникальных созданиях.
«Мы увидели, что в аквариуме находятся морские робины, и они показали их нам, потому что знают, что нам нравятся необычные животные», — поделился Аллард.
«Морские робины — это пример вида с очень необычной, новой чертой. Мы хотели использовать их как модель, чтобы задать вопрос: "Как возникает новый орган?"»
Аллард сотрудничал с исследователями из Стэнфордского университета, которые изучали генетику развития морского робина. Сначала они попытались выяснить, являются ли ноги сенсорными органами, что подозревалось, но не подтверждалось.
Аллард проводил эксперименты с морскими робинами в неволе, когда они охотились на добычу. Во время охоты они чередовали короткие всплески плавания с перемещением на ногах. Периодически они также царапали поверхность песка, чтобы найти мидий, раковин или другую прячущуюся добычу, не полагаясь на зрение. Команда поняла, что ноги чувствительны к химическим и механическим воздействиям во время экспериментов. Даже когда они прятали капсулы с единственным химическим веществом, рыбы могли их обнаружить.
В процессе исследования команда получила дополнительную партию рыбы. Хотя они выглядели как оригинальные рыбы, они не могли копать и находить капсулы или добычу, как другие.
«Я подумал, что они просто неудачные, или, может быть, настройка не сработала», — сказал Николас Беллоно, молекулярный биолог из Гарварда, один из соавторов исследования.
На самом деле команда приобрела другой вид морских робинов. Они в итоге классифицировали оба вида в этих исследованиях. Prionotus carolinus, которые копают, чтобы найти прячущуюся добычу, очень чувствительны к прикосновениям и химическим сигналам. Prionotus evolans не обладают такими сенсорными возможностями. Вместо этого они используют ноги для зондирования и перемещения, но не для копания.
Когда исследователи изучили различия в ногах обоих видов, они заметили несколько ключевых отличий. У Prionotus carolinus — тех, кто копает — были более лопатообразные ноги, покрытые выступами, называемыми папиллами. Эти выступы напоминают вкусовые рецепторы на нашем языке. Ноги рыбы, которая не копает, имели форму стержней и не имели папилл. Команда считает, что папиллы являются эволюционными суб-специализациями.
Понимание того, как эти специальные отростки эволюционировали, может помочь ученым понять, как эволюция позволяет адаптациям к очень специфическим условиям. Около шести миллионов лет назад наш вид научился ходить на двух ногах. Двуногость отделила нас от наших приматных предков, но мы знаем лишь небольшую часть о том, как, когда и почему произошел этот переход. Морские робины и их адаптации к жизни на дне океана могут дать некоторые подсказки. Генетические транскрипционные факторы, отвечающие за развитие ног морских робинов, также встречаются у конечностей других животных — включая нас.
Гены, отвечающие за движение
Второе исследование сосредоточилось на генетике и включало Дэвида Кингсли и Эми Херберт из Стэнфорда, итальянского физика Агнесе Семинару и биолога Мод Бальдин из Института Макса Планка в Германии. Команда изучила генетические основы этого необычного признака ходьбы.
«Хотя многие признаки выглядят новыми, они обычно построены на генах и модулях, которые существуют уже долго», — заявил Дэвид Кингсли, соавтор исследования. «Так работает эволюция: она экспериментирует со старыми элементами, чтобы создать новое».
В этом исследовании они использовали методы, включая транскриптомику и редактирование генома, чтобы определить, какие факторы транскрипции генов участвуют в формировании и функции ног. Они также создали гибриды между двумя видами морских робинов с различными формами ног, чтобы изучить генетическую основу этих различий.
«Эми и Кори сделали много для описания этого животного, и я думаю, что довольно редко можно перейти от описания поведения к описанию молекул и затем к описанию эволюционной гипотезы», — сказал Беллоно. «Я думаю, что это отличный пример того, как задавать научный вопрос и строго следовать за ним с любопытством и открытым умом».
Наука рулит, а мы следуем за ней! Оставайтесь любознательными!
Подписывайтесь на наш канал наш канал, если еще этого не сделали.
