В 2006 году американский биолог Мэтью Харрис вместе с коллегами из Университета штата Висконсин обнаружил у эмбрионов кур с мутацией talpid2 на челюстях необычные для птиц выросты покровной ткани. Эти структуры напоминали зубы американского аллигатора – ближайшего живого родственника птиц – на ранней стадии развития. Авторы исследования предположили, что появление этих выростов связано с активацией у птиц утраченной в ходе эволюции программы развития зубов, характерной для их рептильных предков. По их мнению, мутация talpid2 стала триггером этого процесса [Harris 2006].
Новость о появлении зубов у птиц была с восторгом встречена сторонниками дарвинизма. «Работу Харриса можно считать доказательством того факта, что атавистические признаки есть следствие нарушений в развитии зародыша, которые пробуждают давно замолкшие гены, и главное – гены давно утраченных признаков могут продолжать находиться в геноме почти 100 млн лет спустя после того, как эволюция эти признаки уничтожила», – говорится в одной из обзорных публикаций, описывающей это открытие [Макаров 2015].
Таким образом, как утверждают сторонники эволюционной теории, наблюдаемое явление подтверждает сразу два её предсказания:
1. В геноме потомков могут оставаться гены их древних предков.
2. Эти гены способны сохранять работоспособность на протяжении десятков миллионов лет.
Утверждения смелые и, на первый взгляд, кажутся вполне обоснованными. Но давайте разберёмся что на самом деле выросло у мутантов.
Удар по мутационной теории
Каждый, кто вдумчиво анализирует данное открытие, не может не обратить внимания на ряд странностей. Первая из них – заявленная способность генов, утративших функцию в ходе эволюции, сохраняться в течение «почти 100 миллионов лет». Согласно синтетической теории эволюции, так называемые «молчащие» гены (в данном случае – гены, отвечающие за формирование зубов) не могут оставаться неизменными. Выпадая из-под действия естественного отбора, они должны проявлять повышенную изменчивость, которая со временем накапливается, приводя к деградации гена и утрате его функциональности. Более того, на основе скорости накопления таких мутаций дарвинисты строят филогенетические деревья. Но в данном случае мы наблюдаем противоположную картину: ген, находившийся в «спящем» состоянии десятки миллионов лет, каким-то образом сохранил свою функциональность. Как такое возможно?
Впервые на это обстоятельство обратил внимание отечественный биолог И. Рухленко в своей книге «Что ответить дарвинисту»: «Этот простой, единичный, но удивительный пример на самом деле является весьма тяжёлым фактом для современной теории эволюции. В рамках общепринятой эволюционной парадигмы, свои последние зубы далёкие предки современных птиц «растеряли» уже очень давно – как минимум, 70–80 млн лет назад (Harris et al., 2006). Естественно, возникает вопрос: каким образом эта скрытая способность к формированию зубов смогла сохраниться (в скрытом виде) все эти 70–80 млн лет? То есть, не проходя «очищения» (проверки на работоспособность) естественным отбором, эта генетическая программа, тем не менее, умудрилась не сломаться под потоком случайных мутаций, которые случайно «выбивали нуклеотиды» из генов этой генетической программы все эти долгие 70 млн лет? Вся концепция «молекулярных часов», на которой, в свою очередь, построены все филогенетические деревья (эволюционные схемы родства), основана на том, что поток случайных мутаций «неотвратим, как смерть и налоги» (С). И только естественный отбор (теоретически) может противостоять этому разрушающему процессу, отбраковывая вредные мутации и оставляя здоровых, немутантных особей... А тут – зубы вот уже 70 млн лет как перестали появляться у птиц... поток случайных мутаций не ослабевает все эти 70 млн лет... Но любознательные биологи взяли и решили исследовать этот вопрос. И откуда ни возьмись – вполне работоспособная программа развития зубов вдруг «взяла под козырёк» и начала формировать цыплёнку зубы! Это как вообще понимать? Поневоле начинаешь задумываться: а были ли вообще эти 70 млн лет в реальности?» [Рухленко 2015].
Однако, как это характерно для дарвинистского подхода, подобные несоответствия зачастую остаются без должного внимания, поскольку многие положения дарвинизма представляют собой преимущественно умозрительные гипотезы, не поддающиеся эмпирической проверке. И к этому уже все привыкли.
О мутации talpid2
Теперь давайте разберёмся с мутацией talpid2 и так называемыми «зубами», обнаруженными у цыплят с этой мутацией. Talpid2 – летальная мутация у птиц (эмбрионы, как правило, погибают на 12–14-й день развития), характеризующаяся полидактилией и выраженной деформацией лицевой части черепа. У поражённых эмбрионов наблюдаются дисморфологическое выступание лобно-носовой области, расщепление черепа, гипоплазия верхней челюсти, неполное слияние первичного нёба и гипоглоссия [Chang C. F. 2014, Chang Y-T. 2016, Schock2016].
Хотя мутация talpid2 была впервые описана ещё в 1959 году, до 2006 года никто из исследователей не отмечал наличия зубоподобных структур у её носителей. Поскольку мутация смертельна, полностью сформировавшихся птенцов с этой аномалией получить не удаётся, поэтому все наблюдения проводятся на эмбрионах. На гистологических препаратах цыплят возрастом 14–16 дней, представленных автором, действительно зафиксированы зубоподобные выросты. Они формируются на дистальных участках челюстей: три – на нижней челюсти (рис. 1B) и группа из пяти – на сильно деформированной верхней (рис. 1D).
![Рисунок 1. Ротовые придатки у мутанта talpid2. Формирование меристических кожных придатков на дистальной части нижней (B) и верхней (D) челюсти цыпленка E16 talpid2 и экземплярах дикого типа (A и C). Увеличенные изображения образований на дистальном конце челюсти показаны на вставках; меристические конические выросты мутанта обозначены стрелками [Harris 2006].](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_686442e394807419f2ffe05d_686443f9e056512c56695335/scale_1200)
Известно, что настоящие зубы у позвоночных состоят из дентина и эмали, имеют корни и пульпу. Однако в обнаруженных у talpid2-мутантов структурах ни один из этих компонентов выявлен не был – даже у эмбриона на 18-й день развития, то есть всего за три дня до предполагаемого вылупления. Авторы статьи крайне осторожны в формулировках:
– «…мы наблюдали формирование покровных выростов на развивающейся челюсти у эмбрионов talpid2»;
– «…формируются конические, саблевидные структуры на нижней челюсти цыплёнка talpid2»;
– «…сформировавшиеся структуры напоминают зубы первого поколения у аллигаторов по расположению, гистологической дифференциации и морфогенезу» [Harris2006].
То есть исследователи подчёркивают сходство выростов с зубами, однако напрямую не утверждают, что это действительно зубы. Другими словами, отождествление выростов с зубами – всего лишь гипотеза.
Развивая эту гипотезу, авторы предположили, что мутация talpid2 активировала древний механизм формирования зубов, сохранившийся у кур на уровне генов, но не проявляющийся при нормальном развитии. В частности, было установлено, что у talpid2 в области челюстей и на границе с ними наблюдается особый паттерн экспрессии ряда[1] генов, связанных с развитием зубов у позвоночных, а именно: Shh(Sonic hedgehog), ptc(patched), Рitx2 (pituitary homeobox 2), Bmp4 (bone morphogenetic protein4), Fgf8 (fibroblast growth factor 8).
По мнению авторов, сверхэкспрессия этих генов у talpid2-мутантов активировала соответствующие сигнальные пути. Авторы считают, что потеря зубов у птиц в ходе эволюции – результат утраты контакта между сигнальным центром эпителия и мезенхимой, компетентной для формирования зубов. Однако у мутантов talpid2, по неизвестным пока причинам, этот контакт смог восстановиться.
Критический анализ выводов
Итак, основным аргументом в пользу того, что выросты у цыплёнка-мутанта представляют собой зачаточные зубы, является сверхэкспрессия генов, отвечающих за развитие зубов у позвоночных. Однако перечисленные гены участвуют в развитии не только зубов, но и множества других структур. Например, Pitx2 важен для формирования глаз, органов брюшной полости, гипофиза и часто сверхэкспрессируется при различных видах рака. Shh регулирует развитие нервной системы, костей, кожи, органов чувств и других тканей. Его аномальная активация также может приводить к опухолевым процессам. То же самое касается Bmp4 и Fgf8.
Возникает логичный вопрос: почему авторы решили, что именно активация зубного пути привела к появлению выростов? Ведь, как уже отмечалось, в них не обнаружено ни одной специфичной для зубов структуры, даже на ранних стадиях. Эти отростки могут быть результатом активного клеточного роста или даже опухолевидных изменений и не иметь никакого отношения к зубам.
Всё это напоминает историю с появлением так называемых «хвостов» у новорождённых (рис. 2). Хотя эти примеры до сих пор приводятся в учебниках по биологии как доказательство эволюционного происхождения человека от хвостатых предков, но как уже давно установили учёные, такие выросты не имеют отношения к настоящим хвостам. Они не содержат позвонков, состоят из соединительной ткани, не связаны с позвоночником и часто смещены относительно его оси. Тем не менее, для убеждённых сторонников дарвинизма внешнее сходство оказывается достаточным основанием считать такие структуры рудиментарными хвостами. Похожая ситуация наблюдается и с «зубами» у птиц.
Интересен и дополнительный эксперимент, проведённый авторами: в формирующейся челюсти цыплят дикого типа искусственно активировали ген β-catenin, который обычно в этой области не экспрессируется. β-catenin участвует в сигнальном пути Wnt, важном для эмбрионального развития и поддержания тканевого гомеостаза. В результате у эмбрионов появились выросты, аналогичные тем, что наблюдаются у talpid2-мутантов. Но, как и прежде, ни одна зубная структура в них не сформировалась. Примечательно, что сверхэкспрессия β-катенина наблюдается в клетках различных видов раковых опухолей. Ряд исследований показал, что β-катенин является ключевым модулятором пролиферации и выживания опухолевых клеток. Он участвует в механизмах метастазирования опухолей, усиливая способность клеток к миграции и инвазии [Исаева 2015].
Что говорят новые исследования?
После публикации исследований Мэтью Харриса и его коллег в 2006 году, посвящённых активации генов, ответственных за рост зубов у куриных эмбрионов, новых работ по этой теме не появилось. Однако за это время учёным удалось выяснить какая генетическая поломка стала причиной мутации talpid2. Оказалось, что это делеция 19 пар оснований в экзоне гена C2CD3, которая приводит к преждевременному стоп-кодону. В результате синтезируется укороченный центриолярный белок, необходимый для функционирования первичных ресничек [Chang2014].
Что такое первичная ресничка и почему это важно?
Первичная ресничка – сенсорная органелла, напоминающая антенну. Она представляет собой одиночный вырост с поверхности практически всех типов клеток позвоночных и выполняет роль чувствительного приёмника сигналов. Первичные реснички играют важную роль в обнаружении, регулировании и передаче различных типов информации. Они содержат большое количество рецепторов, эффекторов различных сигнальных путей и ионных каналов. В зависимости от пространственно-временного состава и локализации этих компонентов, они могут обнаруживать и преобразовывать различные сигналы, действуя как хемо-, механо-, осмо- или фоторецепторы. Эти сигналы затем передаются в клетку, где они могут вызывать различные клеточные ответы. Мутации, которые приводят к нарушению структуры и/или функции первичных ресничек, связаны с группой из более чем 30 заболеваний и синдромов, известных под общим названием «цилиопатии» [Adams 2010, Peixoto2020].
У мутантов talpid2 вследствие нарушения структуры первичных ресничек были обнаружены нарушения в передаче сигналов сигнального пути Hedgehog, направляющего развитие и формирование клеток и тканей в процессе эмбриогенеза. Сигнальный путь Hedgehog среди прочих сигнальных путей выделяется особым образом, он влияет на развитие не только организма на стадии эмбриогенеза, но также участвует в поддержании стволовых клеток и может способствовать канцерогенезу.
Нарушения работы Hedgehog приводят к разнообразным последствиям: проблемам развития эмбриона, стволовых клеток и даже могут способствовать развитию определённых видов рака. Как уже было отмечено выше, у мутанта talpid2 наблюдалась повышенная экспрессия одного из генов (белков) этого сигнального пути – Sonic Hedgehog (Shh).
Конечно, непосредственная причина и механизм возникновения бугорков эпителиальной ткани ещё не выявлены. Этот вопрос требует тщательного исследования, но, как мы уже отметили, за многие годы исследований ничего нового так и не было обнаружено. Поэтому заявление о возникновении зубов у кур до сих пор остаётся лишь предположением, не получившим научного подтверждения.
Что говорят о «куриных зубах» научно-популярные СМИ
Как было показано выше, у так называемых «куриных зубов» не выявлено ни эмали, ни дентина, ни корней, ни пульпы, ни периодонтальной связки, ни десны – то есть ни одной из структур, характерных для настоящих зубов, таких как у аллигатора или человека. А потому называть эти образования зубами в прямом смысле слова нельзя.
Тем не менее СМИ, публикующие научные новости, сообщают своим читателям об обнаружении ни много ни мало – «полноценных зубов». Так, на одном из популярных сайтов читаем следующее: «Мэтью Харрис и его группа из биологического института Макса Планка сумели спровоцировать у цыплят рост полноценных конических зубов, утраченных птицами в ходе эволюции» [У птиц вырастили зубы 2006].
В принципе журналистов понять можно: если написать, что на самом деле выросло у кур-мутантов, интерес к новости может резко снизиться. А так – сенсация: необычный феномен у кур и «новое доказательство эволюции»!
Как выглядят «куриные зубы» на самом деле
А теперь самое интересное – как научные СМИ иллюстрируют пресловутые «зубы»? В большинстве случаев – никак. На фотографии в статье они выглядят как кучка едва заметных бугорков, которые, по мнению обычного читателя, никак не похожи на зубы крокодила. Прикладывать такую слабую фотографию к столь громкому заявлению – по меньшей мере неуместно. Поэтому большинство публикаций обходится без иллюстраций.
Некоторым СМИ всё же удалось разыскать более «впечатляющий» снимок «зубов» (рис. 3). В подписи указано, что он предоставлен автором научной статьи (слева – нормальный эмбрион, справа – мутант).
Не будем спорить, хотя странно, что это фото не было включено в саму статью. Но возникает вопрос: где на снимке находятся те самые «зубы»? Челюсти эмбриона сильно деформированы, и отыскать на них зубы непросто. Поэтому на некоторых иллюстрациях предполагаемые зубы обведены овалом (рис. 4). Однако беда в том, что выделенные структуры к зубам никакого отношения не имеют. Как уже упоминалось, «зубы» располагаются в дистальной части клюва: три – на нижней челюсти и пять – на верхней. Ни о каких других местах их локализации в статье не говорится.
Почему птицы утратили зубы в ходе эволюции?
Один из интригующих вопросов эволюционной биологии – почему современные птицы лишены зубов, тогда как у их предполагаемых предков (например, археоптерикса и ряда мезозойских видов) зубы присутствовали? Существует несколько гипотез, объясняющих, почему клюв вытеснил зубы в процессе эволюции:
1. Облегчение тела для полёта. Согласно одной из популярных теорий, отказ от зубов мог быть связан с необходимостью снижения массы тела для облегчения полёта. Зубы и челюстная система – довольно тяжёлые структуры. Замена их на лёгкий клюв могла дать птицам преимущество [Zhou Zhonghe 2010]. Однако критики указывают, что другие летающие животные, например, летучие мыши, сохраняют зубы и при этом демонстрируют высокую маневренность и скорость, не уступающую птицам [McCracken2016].
2. Изменение рацион. Другая гипотеза связывает исчезновение зубов с переходом к новому типу питания. Разнообразные по форме и структуре клювы могли оказаться более универсальными инструментами для обработки пищи. Однако и здесь возникают вопросы: зубы эффективны при переработке самой разнообразной пищи, и в животном мире они выполняют широкий спектр функций. Более того, у гусей по краям клюва и языка имеются ороговевшие выросты, напоминающие зубы, помогающие захватывать и удерживать корм (рис. 5). Это свидетельствует о том, что функции зубов могли сохраняться, но эволюция почему-то их напрочь удалила.
3. Сокращение инкубационного периода. Учёные из Университета Бонна выдвинули третью гипотезу: развитие зубов удлиняет эмбриональный период. Их утрата могла ускорить инкубацию и повысить выживаемость потомства. В отличие от рептилий, птицы откладывают сравнительно немного крупных яиц, развитие которых длится от 11 до 85 дней. Чем быстрее происходит вылупление, тем ниже риск гибели от хищников и неблагоприятных условий [Yang Tzu-Ruei2018]. Однако и эту гипотезу критикуют: зубы вовсе не обязаны формироваться до рождения. У многих млекопитающих они прорезаются уже после появления на свет. Аналогично могли бы «поступать» и птенцы.
Выводы. Несмотря на все выдвинутые гипотезы, убедительного объяснения исчезновения зубов у птиц на сегодняшний день не существует. Все версии остаются предположениями, лишёнными убедительной фактической базы. Поэтому эволюционистам остаётся лишь повторять, что утрата зубов, скорее всего, является результатом комплекса факторов: изменения образа жизни, рациона, темпов развития и экологических условий. Иными словами, в мягкой форме признаётся, что в рамках дарвинистской теории ответить на этот вопрос не удаётся.
Заключение
Таким образом, несмотря на громкие заявления ряда СМИ о том, что учёным удалось активировать древние гены и вырастить у птиц зубы, никаких достоверных подтверждений этому нет. У эмбрионов были обнаружены лишь небольшие эпителиальные бугорки в дистальной части клюва, не обладающие признаками настоящих зубов: без эмали, дентина, пульпы, корней и периодонтальных связок. Попытки искусственной активации так называемых «зубных генов» у кур не привели к формированию полноценного зубного аппарата.
Более того, за всё время исследований эволюционной биологии не удалось даже сформулировать правдоподобную гипотезу, объясняющую, почему птицы утратили зубы. Поэтому история с «зубатыми курами» остаётся скорее научным анекдотом, который некоторые популяризаторы атеизма выдают за доказательство дарвиновской эволюции – подобно тому, как когда-то «хвостатые» младенцы рассматривались как якобы убедительное подтверждение нашего происхождения от звериных предков.
Список использованной литературы
1. Adams M. The Primary Cilium: An Orphan Organelle Finds a Home // Nature Education. 2010. Vol. 3 (9) Art. 54 https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-primary-cilium-an-orphan-organelle-finds-14228249/?error=cookies_not_supported&code=2367110c-321a-403a-ae0c-d0f700550b51
2. Chang C. F., Schock E. N. et al. The cellular and molecular etiology of the craniofacial defects in the avian ciliopathic mutant talpid2 // Development (Cambridge, England). 2014. Vol. 141 (15). P. 3003–3012. URL: https://doi.org/10.1242/dev.105924
3. Chang Y-T, Chaturvedi P., Schock E. N. and Brugmann S. A. Understanding Mechanisms of GLI-Mediated Transcription during Craniofacial Development and Disease Using the Ciliopathic Mutant, talpid2 // Frontiers in Physiology. 2016. Vol. 7. Art. 468. DOI: 10.3389/fphys.2016.00468
4. Harris Matthew P. et al. The Development of Archosaurian First-Generation Teeth in a Chicken Mutant // Current Biology. 2006. Vol. 16. № 4. Р. 371–377. DOI: 10.1016/j.cub.2005.12.047
5. McCracken Gary F., Safi Kamran et al. Airplane tracking documents the fastest flight speeds recorded for bats // Royal Society Open Science. 2016. Vol. 3. Art. 160398. URL: http://doi.org/10.1098/rsos.160398
6. Peixoto E., Richard S. et al. The primary cilium: Its role as a tumor suppressor organelle // Biochemical Pharmacology. 2020. Vol. 175. Art. 113906. URL: https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.113906
7. Schock Elizabeth N., Chang Ching-Fang, et al. Utilizing the chicken as an animal model for human craniofacial ciliopathies // Developmental Biology. 2016. Vol. 415 (2). P. 326–337 URL: https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2015.10.024
8. Yang Tzu-Ruei, Sander P. Martin The origin of the bird's beak: new insights from dinosaur incubation periods // Biology Letters. 2018. Vol. 14. Art. 20180090. URL: http://doi.org/10.1098/rsbl.2018.0090
9. Zhou Zhonghe and Li Fucheng Zhang Zhiheng A new Lower Cretaceous bird from China and tooth reduction in early avian evolution // Proceedings Royal Society B. 2010. Vol. 277. P. 219–227. URL: http://doi.org/10.1098/rspb.2009.0885
10. Исаева А. В., Зима А. П. и др. β-Катенин: структура, функции и роль в опухолевой трансформации эпителиальных клеток // Вестник РАМН. 2015. Том 70 (4). С. 475–483. DOI: 10.15690/vramn.v70.i4.1415
11. Макаров О. Помни предков! // Популярная механика. 2015. № 10. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432837/Pomni_predkov
12. Рухленко И. Что ответить дарвинисту? В 2 ч. Т/О «Неформат». 2015. Ч. 1. 620 с., Ч. 2. 630 с.
13. У птиц вырастили зубы // km.ru. 26.02.2006. URL: https://www.km.ru/tekhnologii/2006/02/26/nauka-i-tekhnologii/u-ptits-vyrastili-zuby
[1] Паттерн экспрессии генов – это отличие в статусе (включенный и выключенный) и в степени работы, то есть интенсивности синтеза РНК и соответствующих белков тех или иных генов.