ГЕНЕТИКИ З'ЯСУВАЛИ ЯК ЕВОЛЮЦІОНУВАЛО ПТАШИНЕ ПІР'Я

11.12.2017

ГЕНЕТИКИ З'ЯСУВАЛИ ЯК ЕВОЛЮЦІОНУВАЛО ПТАШИНЕ ПІР'Я

 

30.11.2017 | Палеонтологія

 

Навряд, чи кожен з нас припустив би, що алігатори і птахи – близькі родичі. Але факт залишається фактом: рептилії – найближчі родичі птахів. Історія їх спорідненості починається від архозаврів – плазунів, які правили сушею 250 млн. років тому. Ця група рептилій дала початок крокодилам, динозаврам і згодом птахам.

Останнім часом палеонтологи все частіше виявляють скам'янілості динозаврів з повним або частковим оперенням. Вчені припускають, що таке примітивне «протооперення» динозаврів могло еволюціонувати з кількох причин:

• особини з оперенням володіли кращою, порівняно з безперими видами, терморегуляцією;

• такі динозаври були помітніші для родичів;

• пір'яний покрив поліпшував рівновагу і допомагав втекти від хижаків; дозволивши динозаврам спочатку планерувати, а потім і літати.

Тривалий час еволюція пір'я і польоту залишалися загадками. Однак, вчені припускали, що багата еволюційна спадщина може ховатися в ДНК сучасних птахів і рептилій.

Лікар в області регенеративної медицини, професор патології в Медичній школі Кека в USC, доктор Ченг-Мінг Чонг, вирішив, використовуючи досягнення сучасної генетики, знайти і дослідити ці області ДНК.

На чолі з Чонгом, міжнародна команда пізнала безліч нових генів, що беруть участь у розвитку луски і пір'я. Результати їхньої праці були представлені в дослідженні, опублікованому в передовому онлайн-виданні «Молекулярна біологія та еволюція». «Тепер у нас є потенційне молекулярне пояснення для цих гіпотетичних відсутніх ланок», – пояснив доктор Чонг.

Шляхом включення і виключення основних молекулярних схем на критичних етапах росту і розвитку луски, вони продемонстрували здатність луски перетворюватися на пір'я.

Коментуючи результати дослідження, Чонг звернув увагу на те, що певні маніпуляції з генами сприяють появі різних рівнів розвитку покриву – від луски до пера.

Нормальні ембріональні луски (зліва)

порівяно з видовженим пероподібним придатком

після генетичної маніпуляції (з права)

© USC

 

«Таким чином, ми розуміємо, що лусочки можуть утворювати пір'я, якщо посилати правильні молекулярні сигнали», – розповів Ченг-Мінг Чонг.

Вчені провели повну транскрипцію РНК і геномний аналіз ембріонів курчат і алігаторів, щоб виявити відмінності в експресії генів і знайти ключові гени, які кодують утворення луски або пера.

Дослідники ввели гени пір'я в зародки алігаторів, щоб розбудити програму формування пера.

«Наші аналізи привели до ідентифікації п'яти морфо-регуляторних модулів, які необхідні для сучасного формування пера», – сказав Чонг, – «Ми припускаємо, що ці модулі могли спочатку розвиватися в якості різних адаптаційних стратегій. Зрештою, інтеграційна комбінація з п'яти модулів морфологічного регулювання сформувала настільки успішну архітектуру пір'я, що сьогодні вона дозволяє класу птахів претендувати на більшу частину неба».

Ось ці п'ять модулів морфологічного регулювання:

• брунькування і подовження придатків;

• утворення фолікулів зі стовбуровими клітинами і сосочками дерми;

• поява процесу циклічної регенерації;

• утворення борідок пера з різними розгалуженим формами;

• специфічна диференціація кератину пір'я.

Деякі молекули можуть викликати тільки один з етапів. Наприклад, ген Sox2 може активувати розвиток пера і повністю пригнічувати утворення луски, в той час як Grem1 може індукувати початкові етапи розвитку пір'яних борідок.

«Інші молекули, такі як ретиноєва кислота або Sox18, мають більшу здатність індукувати лусочки, щоб сформувати придатки, подібні пір'ю», – розповів Чонг, – «Ці пероподібні придатки відображають всі п'ять критеріїв, що визначають пір'я і діють на більш високому ієрархічному рівні в цьому еволюційному шляху».

Ці головні регулятори, можливо, були найпершими генами, які могли з'явитися під час еволюції архозаврів і стали початком здатності до створення складних пір'їн.

«Інтригуюче, що деякі з цих фенотипів схожі на незвичайні ниткоподібні придатки, виявлені в скам'янілостях пернатих динозаврів».

Один з членів дослідницької групи, Пінг Ву хоче «кинути виклик» лускам алігатора, щоб сформувати пір'я. Завдяки примусовій експресії певних генів, які, як виявилося, допомагають перетворювати курячі лусочки в пір'я, вчені можуть викликати утворення подовжених лусочок в ембріональній шкірі алігатора.

Дослідження значно додає знань до зростаючого списку генів і молекул, які індукують пероподібні структури у птахів. Що, в свою чергу, може відкрити нам, як саме відбувалася еволюція польоту птахів.

» Всі новини