Генетики нашли новые доказательства того, что примитивные зубы у самых далеких предков человека могли возникнуть в результате мутаций в генах, связанных с формированием чешуи у рыб, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

"Чешуя современной рыбы выглядит совсем не так, как кожный покров их далеких предков. Он был больше похож по своей структуре на зубы, и его следы остались лишь у некоторых древнейших обитателей морей Земли, таких как акулы и скаты. Если провести по коже акулы рукой, то вы сразу поймете, насколько она твердая из-за множества кожных зубов. Не зря в древности ее использовали как наждачную бумагу", — рассказывает Эндрю Гиллис (Andrew Gillis) из Кембриджского университета (Великобритания).

Ученые обнаружили на Мадагаскаре новый вид гекконов с необычно крупной чешуей, которую те сбрасывают в момент опасности. Изучение этой рептилии может подсказать новые способы лечения пациентов при ожогах и раке кожи.

Geckolepis megalepisОб этом говорится в статье немецких и американских зоологов, опубликованной в журнале PeerJ.

Всем известно, что многие ящерицы способны отбрасывать хвост, если их схватит за него хищник. Однако мадагаскарские гекконы рода Geckolepis вдобавок к этому умению научились сбрасывать кожу. Если схватить или даже дотронуться до такого геккона, то у вас в руках останется лишь кучка чешуек, а само животное ускользнет.

Сбросивший кожу геккон Geckolepis megalepisАвторы статьи обнаружили на севере Мадагаскара новый вид этого рода с аномально крупными чешуями кожи, длина которых составляет до 8% длины всего тела (без хвоста). Он получил название Geckolepis megalepis. Выяснилось, что этот вид особенно легко сбрасывает чешуи, ведь они прикреплены к телу лишь 20% своей площади.

По словам авторов статьи, механизм сбрасывания чешуй принципиально отличается от линьки, характерной для всех ящериц. В процессе линьки с ящерицы сходит только ороговевший эпидермис, а при экстренном сбросе чешуй – все слои кожи. Фактически, ящерица раздевается «до мяса» - до подкожной соединительной ткани.

Спустя несколько недель геккон вновь обрастает чешуей, при этом на нем не образуется рубцов. Если удастся понять, как он это делает, то аналогичные клеточные механизмы можно будет задействовать и при лечении больных с обильными поражениями кожи, какие наблюдаются, например, при сильных ожогах.

Источник: infox.ru

Группа ученых из Швейцарии сумела доказать, что волосы, чешуя и перья гомологичны и произошли от общего предка — рептилии. Теоретические предпосылки и результаты экспериментов были подробно освещены на страницах журнала Science Advances и кратко — в пресс-релизе, представленном от имени Университета Женевы. Сегодня мы расскажем о том, что послужило доказательством столь смелого утверждения и какой вывод для дальнейших исследований позволяет сделать проделанная работа. 

Большинство млекопитающих, птиц, рептилий легко распознать по волосам, перьям и чешуе, соответственно. Тем не менее, отсутствие у ископаемых переходных форм между чешуйками и волосками и существенные различия в их морфогенезе и белковой композиции стали причиной споров относительно их потенциальной общей родословной, ведущихся в течение многих десятилетий. 

Ученым давно известно, что волосы млекопитающих и перья птиц развиваются из первобытной структуры плакоды — своеобразного утолщения эпидермиса со столбчатыми ячейками, уменьшающие скорость их пролиферации и вырабатывающие специфические гены. Это наблюдение, опять таки, провело грань между сторонниками единого предка у птиц и млекопитающих и противников такого предположения, утверждающих что те и другие — это абсолютно разные виды с различной родословной. При этом сторонники последней версии как-то закрыли глаза на то, что она вынуждает принять тот факт, что два совершенно разных, по их утверждениям вида «изобрели» плакоду независимо друг от друга. 

В 2015 году ученые из Йельского университета (США) опубликовали статью, в которой продемонстрировали, что чешуя, волосы и перья на раннем этапе развития имеют общую молекулярную подпись. Опубликованные результаты вновь подлили масла в огонь давнего спора существующего между двумя школами эволюционистов. Приверженцы одной из которых продолжали отстаивать жизненность гипотезы о том, что идентичные молекулярные подписи свидетельствуют об общем эволюционном происхождении придатков кожи, а сторонники другой, что для развития разных придатков кожи в ходе эволюции на каком-то этапе одни и те же гены были использованы повторно.

Точки над «И»

Последняя работа биологов Николя Ди-Пой (Nicolas Di-Poï) и Мишель Милинкович (Michel C. Milinkovitch) из отдела генетики и эволюции Университета Женевы (UNIGE) и Швейцарского института биоинформатики (SIB) позволила положить конец этой многолетней дискуссии. Ученые доказали, что чешуя у рептилий развилась из плакоды с анатомическими и молекулярными подписями, аналогичными подписям плакод птиц и млекопитающих на ранних стадиях развития. 

В ходе исследований были проанализированы морфологические и молекулярные характеристики кожи в процессе эмбрионального развития крокодилов, змей и ящериц. «Наше исследование не только дает новые молекулярные данные, которые дополняют работу американской команды, но и выявляет ключевые микроанатомические факты», — объясняет Мишель Милинкович. — «Действительно, мы определили у рептилии новые молекулярные подписи, идентичные тем, которые наблюдаются при развитии волосков и перьев, а также наличие плакоды анатомической формы, схожей с формой плакоды млекопитающих и птиц. Это указывает на то, что три типа придатков кожи являются гомологичными: чешуя — у рептилий, перья — у птиц, и волосы — у млекопитающих, несмотря на их очень разные конечные формы, эволюционировали от их общего предка, рептилии».

Ключевой ген развития придатков кожи

На следующем этапе исследования авторы работы изучили бородатых драконов, представленных тремя формами. Первая форма — это обычный дикий вид, вторая форма характеризуется меньшими размерами, а третья, в свою очередь, мутировала по двум направлениям со множеством различных дефектов, включая полное отсутствие чешуи. Сравнивая геномы трех рассмотренных подвидов бородатых драконов, ученые сумели определить дефектный ген, который повлек за собой известное разнообразие форм. Это эктодисплазин-А (EDA), мутация которого в конечном счете повлекла за собой освобождение одной из форм бородатых драконов от чешуи. 

«Мы определили, что своеобразный внешний вид этих голых ящериц происходит из-за нарушения работы Ectodysplasin-A, гена, мутация которого в организме человека и мышей, как известно, генерирует значительные отклонения в развитии зубов, желез, ногтей и волос», — пояснил Мишель Милинкович. На основании данных исследований и сравнительного анализа швейцарские ученые показали, что у ящериц с мутированным геном EDA структура плакоды нарушается, точно так же, как у млекопитающих или птиц, пораженных подобными мутациями в том же гене не могу развиваться из плакод собственные волосы или перья. Эти данные все вместе когерентно указывают на общее происхождение чешуи, перьев и волос.

Получив столь убедительные свидетельства единства происхождения, ученые намерены продолжить исследования, определить и описать те механизмы, которые лежат в основе развития специфической формы кожных придатков. Это, в свою очередь, позволит дать ответ на другой важнейший вопрос: каким образом древнейший чешуйчатый кожный покров дал начало существующему морфологическому разнообразию чешуи, перьев и волос. «Эти исследования, как мы надеемся, дополнят наше понимание физических и молекулярных механизмов, порождающих сложность и многогранность жизни в ходе эволюции» — резюмировал Малинкович. 

Источник: GT

Конусообразные минерализованные образования, окружавшие ротовую полость древних угревидных созданий и помогавшие им хватать и измельчать пищу, ни в коем случае не были зубами, говорит новое исследование. Одна из теорий о том, как позвоночные приобрели зубы, должна быть отброшена, считают специалисты. 

Сверху вниз: стадии роста твёрдых образований во рту ранних конодонтов. Внизу — то, что получалось в результате. (Изображение авторов работы.) Речь идёт о конодонтах, само название которых образовано от греческих слов, означающих «конус» и «зуб». Эти морские существа, жившие 530–200 млн лет назад, находятся в числе наиболее примитивных хордовых палеонтологической летописи. У них не было ни челюсти, ни других костей. На самом деле вот эти напоминающие зубы образования из фосфата кальция (из него же, кстати, состоит эмаль наших зубов), как правило, единственное, что окаменевало. Только в последние десятилетия учёным удалось найти экземпляры со следами мягких тканей, по которым можно судить о размерах и форме животных. 

Изучение «зубов» тоже продвигается медленно. Недавний анализ «зубов» одного из видов конодонтов показал, что они сильно различались по длине и форме: одни, скорее всего, использовались для захвата и усмирения добычи, а другие служили для перемалывания мяса на кусочки. 

КонодонтыПрисмотревшись, палеонтолог Филип Донохью из Бристольского университета (Великобритания) и его коллеги выделили главное: «зубы» ранних конодонтов росли ступенчато, причём на поздних стадиях роста кольцо минералов добавлялось только по бокам конуса, но не на кончике. Обычно эмаль, покрывающая зубы позвоночных, тоже образуется на поздней стадии развития зуба, но на всей его поверхности. «Хотя в конечном счёте это похоже на зуб, это не зуб», — подчёркивает г-н Донохью. Вопреки сходству, его группа пришла к выводу, что у самых ранних конодонтов твёрдые части развивались из совершенно иного набора тканей, нежели зубы позвоночных. 

Что следует из вышеизложенного? В последние годы некоторые палеонтологи предположили, что так называемая плакоидная чешуя рыб, рептилий и пр., содержащая крошечные твёрдые образования (иногда их называют кожными зубами), в действительности сначала появилась во рту и только потом превратилась в чешую. Однако, как подчёркивает Филипп Жанвье из парижского Национального музея естественной истории (Франция), новое исследование говорит о том, что плакоидная чешуя и «зубы» конодонтов развились из разных тканей. 

Поэтому от идеи «чешуи во рту», кажется, придётся отказаться. По-видимому, эволюция шла обратным путём: сначала чешуя, потом наши зубы. 

Специалисты вздыхают с облегчением. «Образования конодонтов всегда казались мне какими-то сомнительными, — жалуется палеонтолог Пер Альберг из Уппсальского университета (Швеция). — С одной стороны, твёрдые образования на коже ранних рыб, с другой — конодонты, у которых эти твёрдые кусочки располагались только во рту. Эволюция скелета выглядит намного более логичной, если убрать из неё конодонтов». 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Пираньи! Наверное, все знают об этих злобных рыбах с бульдожьим прикусом, стаи которых в мгновение ока разносят на клочки быка, если только почувствуют в воде его кровь. В массовой культуре пираньи успешно составляют конкуренцию белым акулам, только акулы живут в море, а пираньи — пресноводные, родом из рек Южной Америки.

Чешуя арапаим легко противостоит челюстям пираний. (Фото Hung-Jou Chen.) Однако в тех же местах водится рыба, которую соседство пираний, видимо, не так уж и беспокоит. Это тоже весьма «популярное» существо, зовущееся арапаимой (она же арапайма, пираруку, пайче). Рыба, достигающая 2–3 м в длину, по своей огромной эволюционной древности считается чем-то вроде пресноводной латимерии (правда, распространённость её по сравнению с латимерией не в пример шире).

Арапаимы легко уживаются с пираньями благодаря своей сверхпрочной чешуе, которую те — невероятно, но факт — не могут прокусить. Но что именно придаёт чешуе арапаим подобную прочность, стало известно только сейчас, за что надо поблагодарить исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США).

Чешуя арапаимы в разрезе; видны верхний бугорчатый слой и коллагеновая слоистая середина. (Фото авторов работы.) Степеней защиты у чешуи оказалось несколько. Во-первых, прочность ей придаёт то, что чешуйки перекрываются почти на 60%, то есть арапаима покрыта почти двойным слоем чешуи: один слой пиранья легко прокусывает, а со вторым ей справиться не так просто. 

Во-вторых, каждая чешуйка снаружи покрыта 0,5-миллиметровым твёрдым кожухом, под которым лежит ещё 1 мм относительно мягкого коллагенового слоя. Коллаген добавляет всей структуре гибкости и эластичности, которой лишён хрупкий наружный слой.

И самое главное: в мягкой сердцевине чешуи Элизабет Циммерман (Elizabeth Zimmermann) и её коллеги нашли своеобразные белковые структуры: коллагеновые нити оказались свёрнуты наподобие гнутой фанеры или спиральной лестницы. Эти «спиральные лестницы» были в каждом слое коллагена, и при давлении они вращались и распределяли приложенную к точке силу по всей чешуе. Эту микроструктурную степень защиты чешуи арапаим от пираний исследователи описывают в Nature Communications.

Как выглядят и работают коллагеновые спиральные структуры в чешуе рыб, удалось увидеть с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Таким способом и с таким разрешением на чешую до сих пор никто не смотрел, поэтому авторы работы не исключают, что так же может быть устроена чешуя и других рыб.

Понятно, что кроме чисто зоологического у полученных результатов может быть и довольно конкретное практическое значение: секрет чешуи арапаим может пригодиться тем, кто создаёт материалы повышенной прочности.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА