Причина появления пальцев может крыться в древнем механизме развития клоаки

Новое научное исследование, проведенное международной группой ученых из Швейцарии и США, пролило свет на удивительный эволюционный механизм, который может объяснить происхождение человеческих пальцев. Согласно работе, опубликованной в авторитетном журнале Nature, генетическая основа для развития наших пальцев и пальцев ног, возможно, возникла около 380 миллионов лет назад для совершенно иной цели — регулирования формирования клоаки у рыб.

Ученые давно искали ответ на вопрос, как у четвероногих животных, или тетрапод, произошли пальцы от их рыбьих предков. Ключ к разгадке лежит в генах, называемых Hoxd, которые являются частью обширного регуляторного ландшафта. Исследователи сравнили геномы рыбок данио и мышей, уделив особое внимание областям, прилегающим к генам Hoxd и содержащим ДНК-переключатели, которые ими управляют.

Оказалось, что у рыбок данио, не имеющих пальцев, отсутствуют некоторые гены Hoxd, но при этом сохранился прилегающий регуляторный ландшафт с теми самыми переключателями. Чтобы выяснить его первоначальную функцию, ученые пометили эти переключатели в эмбрионах мышей и рыбок флуоресцентными маркерами. У эмбрионов мышей переключатели активировались в зачатках пальцев, а у рыбок данио — в тканях клоаки, многофункционального отверстия, используемого для выделения и размножения.

Последующий эксперимент с использованием технологии CRISPR-Cas9 для удаления этих регуляторных элементов подтвердил результаты. У мышей с удалённым регуляторным регионом пальцы на лапах развивались неправильно, в то время как у рыбок возникали нарушения в формировании именно клоаки, а не плавников.

Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что изначальная роль этого генетического механизма заключалась в развитии клоаки у рыб. По мере эволюции тетрапод и их перехода от водных предков к наземным существующий регуляторный ландшафт был творчески перепрофилирован для формирования совершенно новой структуры — пальцев. Как отметил генетик Дени Дюбуль из Женевского университета, это наглядный пример инноваций эволюции, которая перерабатывает старое, чтобы создать новое, вместо того чтобы строить генетические инструменты с нуля.

Исследователи предполагают, что общим признаком клоаки и пальцев является то, что они представляют собой терминальные, или конечные, части организма. Для дальнейшего изучения этой связи и других изменений в ходе эволюции жизни на Земле потребуются дополнительные изыскания. Данное открытие заставляет по-новому взглянуть на древние взаимосвязи в развитии живых существ.