18 июня 2019, вторник, 17:40
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Как отрастить пальцы

Пятнистая панцирная щука (Lepisosteus oculatus)
Пятнистая панцирная щука (Lepisosteus oculatus)

Ученые из лаборатории Нила Шубина смогли найти у рыбы прототип генетического механизма, ответственного за формирование кисти как у современных четвероногих. О проделанной работе они написали в журнал PNAS.

400 миллионов лет назад в море плавали рыбы, шевеля плавниками, а на суше еще не бегало никаких позвоночных на четырех ногах. Самые древние, полностью сформировавшиеся четвероногие амфибии найдены в отложениях, которым 365 миллионов лет. Среди доживших до сегодняшнего дня видов переходные формы между рыбами и тетраподами отсутствуют, ископаемые переходные формы также долго не удавалось найти. Первая такая переходная форма была найдена в 2004 году на острове Элсмир, находящемся у западной оконечности Гренландии. Скелет был найден в отложениях возрастом 375 миллионов лет, в то время остров был прибрежным регионом древнего материка и находился примерно на экваторе. Выбрать название для ископаемого вида попросили местный Совет старейшин, и ископаемое существо назвали тиктаалик («налим» на языке инуктитут).

После этого были найдены и другие переходные формы, и теперь с морфологической точки зрения более-менее понятно, как происходила адаптация к хождению по суше. В главе «Переходные формы» из книги Александра Маркова и Елены Неймарк «Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий», в разделе «Вперед, в воздушный космос», можно почитать об ископаемых переходных формах между рыбами и рептилиями и о современных взглядах на то, как все происходило.

Ископаемые формы, однако, дают представление только о морфологических изменениях. В некоторых случаях можно пытаться выделить ДНК и пытаться оценить генетические изменения, но на сегодняшний день считается (и тут едва ли может что-то улучшиться), что даже в идеальных условиях вечной мерзлоты ДНК не хранится дольше 1 миллиона лет. То есть можно прочитать геном мамонта или неандертальца, довольно легко восстановить геном возбудителя гриппа «испанки» или бактерий, вызывавших средневековые эпидемии чумы, но ничего нельзя поделать с рыбьим скелетом, которому больше 300 миллионов лет. Еще труднее восстановить картину эпигенетической регуляции. Ее удалось восстановить для ДНК неандертальцев и денисовского человека. Оказалось, что паттерн метилирования (присоединение метильных групп к ДНК снижает активность данного участка) древних и современных людей отличался, в частности, в генах HoxD, управляющих развитием конечностей, о которых сегодня еще пойдет речь.

Поэтому если мы хотим понять, какие процессы на молекулярно-генетическом уровне соответствовали выходу позвоночных на сушу, нужно изучать виды, дожившие до наших дней.

Авторы статьи задались вопросом о происхождении максимально удаленных от тела частей конечностей – кисти и стопы. Планы строения кисти и стопы очень похожи: с ближней к телу стороны находятся мелкие кости запястья (у кисти) и предплюсны (у стопы), дальше по пять вытянутых костей пясти и плюсны и фаланги пальцев. Никакого сходства с ныне живущими рыбами не отмечается (есть, правда, с ископаемыми промежуточными формами). Что-то похожее, да и то отдаленно, есть только у лучеперых рыб. В скелете их плавников ближе к телу находятся более длинные кости, а ближе к концу они ветвятся на более мелкие. Авторы статьи решили подробнее исследовать вопрос, есть ли у рыб что-нибудь похожее на кости стоп и кистей четвероногих позвоночных.

Молекулярные механизмы формирования конечности отлично изучены у мышей. Развитием конечностей (и всей геометрии тела) управляют гомеозисные гены, кластеры HoxA и HoxD. Каждый из кластеров состоит примерно из десятка генов, они записаны в ДНК подряд и кодируют белки – транскрипционные факторы, которые уже непосредственно управляют развитием. У активности этих генов в процессе развития конечности две фазы. Во время первой фазы более активны гены в «левой» части цепочки, а гены в «правой» части активны только в некоторых клетках. Эта фаза связана с формированием плеча и предплечья (бедра и голени). Во время второй фазы наоборот активизируются ранее неактивные гены, и она-то как раз связана с формированием кисти и стопы. Первой и второй фазой управляют регуляторные элементы – энхансеры, находящиеся как раз «слева» и «справа» от кодирующей последовательности. В начале соответствующей фазы происходит эпигенетическая активация соответствующего энхансера.

Гомеозисные гены высококонсервативны и есть у многих видов. Некоторое сходство есть даже между гомеозисными генами человека и дрозофилы, не смотря на очень разный план строения тела. Тем более, сами гены у мышей и рыб очень похожи, разница в основном в принципах регуляции. Авторы занялись поиском у рыб аналогичных регуляторных механизмов.

Раньше они уже искали следы этих механизмов у Danio rerio – популярной аквариумной рыбки и не менее популярной модели для биологов развития. Не смотря на то, что сходные эпигенетические события происходили, энхансерные области, пересаженные мышам, не смогли активировать гены во время формирования конечности у мышей.

В этот раз решено было повторить поиск, но уже у пятнистой панцирной щуки (Lepisosteus oculatus), чей геном был недавно просеквенирован. Эволюционно пятнистая панцирная щука отделилась от других костистых рыб до того, как у большинства из них произошли масштабные изменения в геноме. В какой-то момент у части костистых рыб произошло полное удвоение генома, что могло сильно повлиять на механизмы регуляции отдельных генов.

Оказалось, что энхансерные последовательности L. оculatus вполне справились с экспрессией генов  в конечностях мышей на положенных этапах развития, подтвердив тем самым наличие у рыб механизмов, необходимых для развития конечности у наземных позвоночных.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.