Ученые полагают, что много миллионов лет назад, наши водные предки вышли на сушу. Хотя все четвероногие животные, населяющие Землю, включая человека, обладают фрагментами этого водного прошлого глубоко в генетике, исследователи все еще пытаются определить, каким образом плавники рыбы трансформировались в развитые конечности у земноводных. Новое исследование ученых из Чикагского университета способствует пониманию этой эволюции, проливая свет на связь между рыбьими плавниками и пальцами
Одним из главных источников путаницы в этой области исследований заключался в том, что плавники состоят из соединительной ткани, а пальцы рук и ног у четвероногих вытекают из хрящей. Несхожесть их природы привело многих ученых к отрицанию возможности того, что плавники рыб были связаны с пальцами на руках и ногах.
Нил Шубин, профессор из Чикагского университета и старший автор исследования, в течение трех лет экспериментов получил достаточно данных, чтобы быть в состоянии пересмотреть прежние выводы по этому поводу. Шубин и его команда исследователей смогли отследить рыбные клетки и обнаружить крошечные кости на концах плавников, генетически связанные с пальцами рук и ног. Также ученые наблюдали, из каких именно клеток развиваются пальцы эмбриона после прохождения «рыбной» стадии.
Используя картирование развития генов, команда сосредоточилась на hox-генах, которые, как известно, играют большую роль в развитии конечностей. Предыдущие исследования показали, что удаление HoxA и HoxD генов останавливает развитие запястья и пальцев у мышей, а в текущем эксперименте исследователи обнаружили, что удаление этих генов приводит к прекращению развития плавников.
«Это был момент, когда кричат «Эврика», — говорит Герке, один из исследователей: «Мы обнаружили, что клетки запястий и пальцев мышей и людей формировались исключительно в лучах плавников рыб.»
Наблюдения, сделанные в ходе исследования свидетельствуют о том, что запястья и пальцы четвероногих развиваются из того же скопления клеток, что и рыбные плавники, тем самым подтверждая идею о том, что руки и пальцы являются эквивалентом рыбных плавников.
Как раз пока-что ничего не доказали. Ценность статьи сотрудников лаборатории Шубина в том, что они показали схожесть генетической программы и эмбриональных клеток, отвечающих за развитие плавниковых лучей у рыб и пальцев у тетрапод. Но как сказано в статье, пальцы и лучи плавников состоят из разных типов костей, поэтому не было прямого перехода из лучей в пальцы. Скорее всего, как предполагают (не доказывают!) авторы статьи, изменение активности Hox-генов в клетках плавников рыб привело к сокращению лучей, благодаря чему были заложены основания для развития пальцев и запястья у тетрапод. Но до сих не доказано, был ли такой сценарий, и палеобиологи допускают другие сценарии как могли возникнуть конечности тетрапод.