Эволюционные биологи из Гарвардского университета (США), под руководством профессора Архата Абжанова (Arhat Abzhanov) и его студента Бхарта-Аньяна Бхуллара (Bhart-Anjan Bhullar) выделили два основных гена, отвечающие за формирование клюва у птиц, и разобрались в механизме их действия. Об этом авторы открытия пишут в своей статье в журнале Evolution, которую пересказывает сайт журнала Science.

Птица-тинаму (снизу) и динозавр-анхиорнис (сверху)Клюв имеет для птиц огромное значение: в то время, как их передние конечности превратились в крылья и лишились пальцев и когтей, он служит одновременно и «рукой», с помощью которой можно брать предметы, и большим когтем — мощным оружием. Чтобы выяснить, как это приспособление возникло, Абжанов и Бхуллар использовали принципиально новый подход на стыке палеонтологии, эволюционной биологии и генетики.

На первом этапе ученые из Гарварда собрали сотни сделанных под разными углами снимков черепов динозавров, современных рептилий и птиц. Для каждого черепа в итоге составлялось виртуальное 3D-изображение, эти изображения затем сравнивались друг с другом. Благодаря этому было установлено, что главную роль в формировании клюва имеет пара костей, которые называются премаксиллярными. У рептилий, таких, как аллигаторы, они маленькие, обособленные друг от друга и формируют конец морды. Зато у птиц они сильно удлинены и сращены друг с другом, благодаря чему и формируется верхняя, более крупная часть клюва.

Слева - черенормальной курицы, в середине - череп курицезавра, справа - черепаллигатораДалее американские биологи проанализировали более ранние работы своих коллег, в которых изучались гены, ответственные за развитие этих костей. Таковых оказалось два. Первый, фактор роста фибросластов 8 (Fgf8), активируется у эмбрионов цыплят в возрасте 3 дней, когда у них формируется передняя часть лица. Второй ген, называемый WNT, на следующем этапе развития запускает у птиц бурное деление клеток в середине лица, где находятся и премаксиллярные кости. Показательно, что у эмбрионов рептилий и млекопитающих WNT, напротив, активен по краям лица, а не в его середине.

Финальной стадией работы стал эксперимент, в котором ученые с помощью специальных веществ-ингибиторов «отключили» действие генов Fgf8 и WNT у эмбрионов цыплят. В результате у них развились не клювы, а рыла, как у аллигаторов. Кроме того, небная кость, которая у птиц очень маленькая, чтобы не мешать клюву открываться вверх, у обработанных ингибиторами цыплячих эмбрионов разрослась в стороны и срослась с окружающими костями — опять же, как у рептилий и млекопитающих.

Абжанов и Бхуллар сделали вывод о том, что именно гены Fgf8 и WNT играют ключевую роль в формировании у птиц клюва. Правда, с ними не согласен Ральф Маркуцио (Ralph Marcucio) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. В 2009 г. он поставил серию опытов, из результатов которой следует, что эту функцию на самом деле выполняет другой ген, SHH. Чтобы разрешить этот спор, потребуются дальнейшие исследования.

Источник: Научная Россия

Одна мутация в гене, управляющем ростом костных и зубных тканей, появившаяся в геноме предков китов и дельфинов примерно 30 миллионов лет назад, лишила их резцов, клыков и моляров и сделала их зубы похожими на примитивную "пилу", заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале PeerJ.

Серый кит. Фото: Владимир Вертянкин / Кроноцкий заповедник"Нам было очень интересно найти генетическое изменение, которое столь сильно изменило то, как питались морские млекопитающие, и затем проследить за его эволюцией на примере окаменелостей. Простейший "сдвиг" в активности белков в разных частях челюсти, породивший примитивные зубы дельфинов, может помочь нам понять, как появились сложные зубы млекопитающих", — заявил Брук Армфилд (Brooke Armfield) из университета Флориды в Гейнсвилле (США).

Армфилд и его коллеги пришли к такому выводу, изучая активность генов в формирующихся зубах в зародышах пятнистых продельфинов (Stenella attenuata), а также обычных свиней, генетически близких к китообразным. Ученые заметили, что развитием зубов свиньи управляют два ключевых гена — BMP4 и FGF8.

Как выяснили исследователи, первый участок отвечает за формирование резцов и клыков, а FGF8 — ростом моляров и премоляров. Поэтому активность BMP4 и связанных с ним белков наиболее высока в передней части челюсти, а второго гена — в ее внутренней половине. В случае с дельфинами данная картина нарушается — ген BMP4 активен во всех клетках будущей челюсти, а не только в районе резцов и клыков. Благодаря этому зубы дельфинов и китов напоминают примитивную "пилу", не похожую на жевательный "арсенал" остальных млекопитающих.

Судя по окаменелостям, предки китообразных приобрели эту мутацию примерно 30 миллионов лет назад, через 18 миллионов лет после появления амбулоцетуса (Ambulocetus natans) и других примитивных китов. Ученые связывают ее появление с переходом на новый тип пищи, для поедания которой не требовались клыки, моляры и другие специализированные зубы.

Источник: РИА Новости