Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
7 декабря 2016, среда, 19:17
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

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
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. 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, 1998–2014.