Международная группа исследователей предложила неожиданное объяснение происхождения пальцев у наземных животных. Их появление связано не с плавниками рыб напрямую, а с «перепрофилированием» древнего участка генома, который изначально контролировал развитие клоаки — органа, где сходятся пищеварительная, выделительная и репродуктивная системы. Работа опубликована в журнале Nature.
Около 380 миллионов лет назад предки современных рыб начали осваивать сушу. Одним из главных вопросов эволюционной биологии остается, как появились конечности с пальцами: они являются модификацией плавников или принципиально новой структурой?
Чтобы ответить, ученые изучили не только сами гены, но и обширные некодирующие участки ДНК — так называемые регуляторные ландшафты, которые управляют включением и выключением генов. Сравнив геномы мышей и рыб, исследователи нашли общий участок, связанный с развитием пальцев у млекопитающих. Когда этот участок удалили у рыб с помощью технологии CRISPR/Cas9, гены перестали работать не в плавниках, а в клоаке.
«Общее между клоакой и пальцами в том, что они всегда находятся на концах — будь то конец трубки пищеварительной системы или конец конечности. Эволюция просто использовала уже готовый механизм в новом контексте», — объяснил соавтор работы, биолог Орели Хинтерманн.
Речь идет о регуляторных ландшафтах, управляющих активностью Hox-генов — так называемых «архитекторов» организма, задающих план строения тела.
«Это яркий пример того, как работает эволюция: новое рождается из старого, — отметил профессор Дени Дюбуль. — Вместо того чтобы создавать новый регуляторный механизм для пальцев, природа перепрофилировала уже существовавший».
Таким образом, не столько сами кодирующие гены, сколько архитектура их регуляции стала двигателем эволюционных изменений. По мнению авторов, понимание подобных «перепрофилирований» поможет глубже объяснить, как от рыб произошли современные наземные животные, включая человека.