Хотя змеи и ящерицы принадлежат к одному отряду чешуйчатых, они отличаются очевидным аспектом: у змей нет конечностей. Ученые изучили генетические изменения, которые привели к этой разнице, и проанализировали деградацию глаз у некоторых подземных животных.

«Наша работа состояла из изучения геномов нескольких видов позвоночных, включая идентификацию геномных областей, которые изменились только у змей или подземных млекопитающих, оставаясь неизменными у других видов, которые не потеряли конечностей или не имеют нормальных глаз», — уточняет руководитель исследовательской группы Джулиана Гуссон Россито (Juliana Gusson Roscito). Само исследование сотрудников Института молекулярной клеточной биологии и генетики имени Макса Планка в Дрездене (Германия) опубликовано в журнале Nature Communications.

По мнению ученых, млекопитающие с деградировавшими зрительными системами, по-видимому, выделяют из геномов определенные гены — как правило те, которые связаны с образованием хрусталика и фоторецепторных клеток в глазах. Вероятнее всего, этот процесс был постепенным, и, в конце концов, эти гены полностью потеряли способность кодировать белки. Однако, по мнению Россито, этого не случилось со змеями, которые не потеряли гены, связанные с формированием конечностей.

«Чтобы быть более точным, наше исследование, которое секвенировало геном змеи, действительно обнаружило потерю одного гена, но только одного. Следовательно, подход, который мы выбрали, состоял в изучении не генов, а элементов, которые регулируют их экспрессию», — добавляет она.

Экспрессия гена — независимо от того, «активен» ген или нет — зависит от регуляторных элементов, которые находятся за пределами самого гена. Они в основном пропускают или блокируют информацию внутри гена, которая транскрибируется в РНК и затем переносится для генерации белка. Этот процесс контролируется цис-регуляторными элементами (cis-regulatory elements, CRE) — последовательностями нуклеотидов в ДНК, расположенными рядом с генами, которые они регулируют. Эти CRE могут значительно изменить функциональность генома с помощью генов, которые они блокируют или активируют.

«Регуляторный элемент может активировать или ингибировать экспрессию гена в определенной части организма, например в конечностях, в то время как другой регуляторный элемент может активировать или ингибировать экспрессию того же гена в другой части тела. Если ген потерян, он перестает экспрессироваться в обоих местах и часто может негативно влиять на формирование организма. Однако, если потерян только один из регуляторных элементов, выражение может исчезнуть в одной части, при этом сохранившись в другой», — объясняет Россито.

Тем не менее точно определить CRE довольно сложно. Все гены следуют определенной структурной схеме, имея пары оснований на каждом конце гена, поэтому их легко разграничить. CRE должны быть определены косвенно, обычно путем сравнения последовательностей ДНК из разных видов. Именно это и сделала команда ученых: они сравнили геномы змей с генами различных рептилий и позвоночных, у которых есть конечности. По словам специалистов, поскольку «геномных последовательностей для рептилий с хорошо развитыми конечностями мало», они самостоятельно и впервые секвенировали геном аргентинского черно-белого тегу (Salvator merianae).

Используя этот геном в качестве примера, команда рассмотрела геномы и нескольких других видов: двух змей (удава и питона), трех других пресмыкающихся, трех птиц, аллигатора, трех черепах, 14 млекопитающих и рыбы отряда целакантообразных (Coelacanthiformes). Имея пять тысяч возможных кандидатов в регуляторные элементы в ДНК этих видов, команда изучила геномы нескольких видов змей. Им удалось сузить поиск до набора CRE, мутация которых могла привести к исчезновению конечностей у этих пресмыкающихся.

Россито отмечает, что найденный CRE — лишь один из регуляторных элементов для одного из нескольких генов, которые контролируют формирование конечностей. В своей работе ученые значительно расширили этот набор, показав, что некоторые другие элементы, ответственные за регулирование многих генов, мутировали у змей.

Источник: PaleoNews

Ученые выяснили, что за исчезновением конечностей у змей стоит изменение одного-единственного участка ДНК. Ученые смогли обратить это изменение вспять и заставили змеиный ген участвовать в образовании конечностей мыши.

Результаты исследования, проведенного американскими специалистами из Национальной лаборатории имени Лоуренса, опубликованы в журнале Current Biology.

Как известно, ни одна современная змея не может похвастаться наличием ног. Но еще 120 миллионов лет назад эти рептилии обладали пусть и маленькими, но всё же полноценными конечностями. Авторы статьи решили выяснить, какие же мутации повлекли за собой полное исчезновение змеиных ног.

Оказалось, что всё дело в гене, кодирующем белок «Sonic hedgehog» (он назван в честь ежа Соника из известного мультфильма). Этот ген встречается у большинства позвоночных, включая рыб, и отвечает за эмбриональное развитие конечностей. Точнее, речь идет об энхансере ZRS данного гена: энхансером называется участок ДНК, помогающий специальным белкам связаться с промотером, откуда начинается «считывание» гена, то есть синтез с нее информационной РНК. В данном случаем энхансер ZRS очень удален от промотера (примерно на один миллион нуклеотидных оснований).

Ученые сравнили, как устроен энхансер ZRS у 16 видов позвоночных животных, начиная хрящевыми рыбами и заканчивая змеями. Оказалось, что у питонов, у которых имеются внутренние рудиментарные зачатки ног, энхансер на 80% совпадает с энхансером ящериц. А вот у более продвинутых змей, таких как кобры, у которых даже не осталось рудиментов ног, энхансер имеет гораздо меньше общего с остальными позвоночными животными.

Затем исследователи решили проверить, насколько энхансер ZRS консервативен. Для этого они заменили энхансер мыши энхансером человека (они схожи на 73%) и энхансером рыбы латимерии (уровень сходства 57%), чей последний общий предок с четвероногими животными жил 400 млн лет назад. Оказалось, что в обоих случаях энхансер сработал и у мыши развились нормальные конечности.

Однако когда энхансер мыши был заменен на энхансер питона, у нее заложились лишь рудиментарные ноги с 2-3 пальцами. Когда же ученые вставили в зародыш мыши энхансер кобры, то у грызуна развитие конечностей вообще не происходило. Сопоставив результаты всех этих манипуляций, ученые поняли – в энхансере змей не хватает всего лишь 17 нуклеотидных пар. Когда их вставили в змеиный энхансер и затем снабдили им эмбрион мыши, у нее развились полноценные ноги.

Фактически ученым удалось показать, что такое крупное морфологическое изменение, как исчезновение ног, сводится к утрате небольшого участка ДНК длиной 17 нуклеотидных пар. Теоретически, если обратить его вспять, то змеям можно вернуть конечности, потерянные ими в ходе эволюции много миллионов лет назад.

Исотчник: infox.ru

Палеонтологи откопали в США древнюю рептилию с экстремально модифицированными конечностями. Находка доказывает, что анатомия четвероногих животных гораздо пластичнее, чем считалось ранее.

DrepanosaurusОб этом говорится в статье американских специалистов из Университета в Стоуни-Брук, опубликованной в журнале Current Biology.

До настоящего времени считалось, что план строения конечностей у четвероногих животных (тетрапод) крайне консервативен. Неважно, используются ли они для полета, как у птиц, или для плавания, как у китов, но в передних ногах тетрапод всегда присутствуют две длинных параллельных кости – лучевая и локтевая. Сверху они соединяются с плечевой костью, а снизу – с набором менее крупных костей, входящих в состав кисти.

Тем не менее, авторы статьи нашли на территории штата Нью-Мексико древнее животное, у которого передние конечности устроены не так. Находка была сделана в отложениях позднего триаса возрастом более 200 млн лет. В руки ученых попали останки древней рептилии Drepanosaurus, внешне напоминающей ящерицу. Впервые Drepanosaurus был обнаружен в Италии более 30 лет назад в породах близкого возраста, но из-за плохой сохранности со строением его конечностей разобраться было невозможно.

Новый материал позволил установить, что передние лапы Drepanosaurus были радикально изменены. Например, локтевая кость приобрела у этой рептилии серповидную форму. Лучевая кость, вместо того, чтобы идти параллельно локтевой, развернулась к ней перпендикулярно, а одна из костей запястья, которые у прочих тетрапод отличаются скромными размерами, резко вытянулась и по длине сравнялась с лучевой костью.

Скорее всего, все эти модификации понадобились Drepanosaurus для копания или для отрывания коры – видоизмененная конечность заканчивается указательным пальцем, несущим гигантский коготь. В наши дни такие когти можно уведить у карликового муравьеда, который использует их для разорения гнезд общественных насекомых. Впрочем, в отличие от Drepanosaurus, общий план строения конечностей муравьеда ни в чем не отклоняется от нормы.

По словам авторов статьи, Drepanosaurus - это пример уникального эволюционного эксперимента. Ни одно четвероногое животное, когда-либо жившее на планете, не может похвастаться столь видоизмененными лапами.

Источник: inxox.ru

Генетические исследования, проведенные в Медицинском центре Чикагского университета, показали, что HOX-гены, отвечающие за формирование конечностей, отвечают у рыб за формирование плавников. Подробности исследования опубликованы в журнале Nature.

КонечностиУченые под руководством Нила Шубина (Neil Shubin) использовали новейшие методы генной инженерии и сложные карты зачатков для того, чтобы проследить развитие клеток, формирующих плавники у рыб. Результат оказался совершенно неожиданным. Как выразился Нил Шубин, «у меня колени подогнулись, когда я в первый раз увидел результаты».

Дело в том, что ученые были убеждены в отсутствии связей между плавниками и пальцами у четвероногих, так как они сформированы из совершенно различных тканей. Между тем, как выяснилось, те же клетки, которые создают у рыб плавниковые лучи, формируют пальцы передних и нижних конечностей у животных.

Для того, чтобы прийти к этому выводу, генетики проводили долгие эксперименты над лучеперыми рыбами данио-рерио. Предыдущие исследования показали, что, если у мышей удаляли HOX-гены, то их конечности развивались хуже. Теперь в лаборатории Нила Шубина были выведены рыбы-мутанты, у которых были удалены некоторые гены. Дальше, с помощью тончайшего компьютерного сканирования было установлено, что плавниковые лучи у таких мутантов исчезали, а вот зато у основания плавников начинали развиваться хрящики, формировавшие маленькие косточки.

Возможно, нечто в этом роде происходило при выходе живых существ из моря на сушу, когда для жизни на земле им уже нужны были не плавники, а конечности с пальцами. Будущие исследования сосредоточатся на поисках тех ископаемых существ, которые смогут подробнее продемонстрировать, как конкретно происходил этот переход. Одна такая лопастоперая рыба тиктаалик уже была найдена на севере Канады экспедицией, в которой как раз участвовал Нил Шубин. У тиктаалика все признаки рыбы, но есть и сходство с четвероногими. 

Источник: Научная Россия

Почти все позвоночные животные — за исключением бесчелюстных миног и миксин — являются счастливыми обладателями двух пар конечностей, передних и задних. Это могут быть плавники, лапы, ласты, крылья, ноги и руки — но, так или иначе, у всего огромного инфратипа челюстноротых позвоночных эти две пары конечностей непременно имеются. 

Зародыши миноги (снизу), осетра (сверху) и мыши (справа) (иллюстрация Brian Metscher / Universität Wien). Но так было не всегда. Вот, например, у тех же миног и миксин никаких двух пар конечностей нет. Нет их и у более примитивных хордовых вроде оболочников. И возникает вопрос: что именно заставило древних позвоночных перейти к такому «четырёхногому» строению тела? Объяснений этому существует много, и последнее принадлежит исследователям из Венского университета (Австрия), которые утверждают, что две пары конечностей появились из-за живота.

Брайан Метшер (Brian D. Metscher) и его сотрудники объединили множество данных из предыдущих работ, касающихся и молекулярной эмбриологии, и палеонтологии. Особое внимание они уделили молекулярно-генетическим событиям, которые происходят при взаимодействии тканей развивающегося эмбриона.

На самых ранних стадиях развития у эмбриона образуются три тканевых листка: эктодерма, которая даёт начало коже и нервной системе, мезодерма, из которой образуются мышцы, кости и многие другие органы, и эндодерма, дающая начало пищеварительному тракту. Желудок с кишечником оказываются в телесной полости, мезодерма создаёт для неё оболочку и покрывает снаружи пищеварительные органы. Причём мезодерма распадается для этого на две части: одна идёт на кишечник, вторая — на внутреннюю выстилку полостных стенок. 

В журнале Evolution & Development исследователи пишут, что конечности формируются как раз в тех местах, где две части мезодермы оказываются отделены друг от друга и контактируют с эктодермой — в двух противоположных концах образующегося пищеварительного тракта. На всём остальном пространстве оба мезодермальных куска тесно соприкасаются друг с другом и с развивающимся желудочно-кишечным трактом.

То есть, проще говоря, развитие конечностей обусловлено тонкостями взаимодействия между разными сортами зародышевых тканей, а взаимодействие это определяется формированием полости, в которой болтаются кишечник с желудком. На самом конце тела, позади анального отверстия, обе части мезодермы сливаются и вместе со стенкой тела, образуемой эктодермой, формируют единственную непарную лопасть — хвост. На всём остальном протяжении тела внешний эктодермальный слой лишь в нескольких местах может оказать своё влияние на мезодерму, и при том только на один из её листков — то, что выстилает полость тела. Здесь и происходит формирование парных конечностей. 

Ну а то, что таких участков для формирования конечностей всего четыре, обусловлено — скажем об этом ещё раз — строением брюха, то есть полости с пищеварительным трактом внутри. Дальше уже идут модификации этой схемы: у кого-то эти конечности стали плавниками, у кого-то — крыльями и лапами. 

Эта гипотеза охватывает вообще все живые организмы — как ныне живущие, так и давно вымершие; для всех она постулирует один и тот же механизм возникновения конечностей, и такое единообразие, бесспорно, является преимуществом. С другой стороны, она берёт за основу данные молекулярной эмбриологии, так что её легко проверить экспериментально, и надо думать, что такая проверка будет предпринята в самое ближайшее время.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Великолепно сохранившиеся останки тиктаалика, предполагаемого "переходного звена" между рыбами и четвероногими животными, помогли палеонтологам выяснить, что "сухопутные" задние конечности появились уже среди рыб, а не у древнейших земноводных, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тиктаалик"Наши старые теории гласили, что мы перешли от "переднеприводного" движения, характерного для рыб, к "полноприводному" движению уже после появления четвероногих животных. Похоже, что этот переход начался еще среди рыб, до выхода их потомков на сушу", — заявил Нил Шубин из университета Чикаго (США), открывший тиктаалика в 2004 году.

Так могли выглядеть древние рыбы в представлении Нила ШубинаПервая находка Шубина и его коллег не была полной — им удалось найти лишь череп, ребра и передние конечности тиктаалика. Открытие тиктаалика стало поистине революционным — его гибкая шея, примитивные легкие и широкая грудная клетка позволили палеонтологам признать его "переходным звеном" между рыбами и первыми четвероногими животными.

Группа Шубина продолжила раскопки на острове Элсмир, где был впервые найден тиктаалик, в попытке заполучить более полную версию окаменелости. За прошедшие десять лет ученым удалось найти еще четыре окаменелости, часть из которых содержала в себе фрагменты костей нижних плавников и других частей скелета.

Объединив эти останки, палеонтологи пришли к удивительному выводу — тиктаалики обладали неким подобием таза и других костей, которые поддерживают задние конечности животных и позволяют им двигаться. Данный факт позволяет с уверенностью говорить, что "полноприводная" манера движения начала развиваться уже среди рыб.

"Есть все основания полагать, что эти крупные задние плавники позволяли тиктаалику плавать, как лодка. С другой стороны, он мог использовать их и для шагания во время вылазок на сушу. Африканские двоякодышащие рыбы обладают схожими конечностями, и они умеют "бегать" по дну, что мы продемонстрировали еще в 2011 году", — заключает Шубин.

Источник: РИА Новости

Предками современных птиц являлась группа мелких плотоядных животных битавших около 150 млн. лет назад – манирапторы (Maniraptora).  Последние данные показывают, что многие из манирапторов имели большие сходства с птицами – у них уже имелись перья, полые кости, небольшие размеры тела и высокая скорость метаболизма.

Предполагаемый предок птиц - АрхеоптериксНо до сих пор оставался вопрос, в какой момент передние конечности манирапторов превратились в крылья, позволившие им летать?

Изучая ископаемые данные того времени когда появились птицы, профессор Ханс Ларссон и бывший аспирант Александр Декекчи из университета Макгилла попытались дать на этот вопрос ответ.

В исследовании, опубликованном в сентябрьском номере журнала Эволюция, они обнаружили, что на протяжении большей части истории плотоядных динозавров, длины конечностей показали относительно стабильное масштабирование отношения к размеру тела. Это не смотря на 5000-кратную разницу в весе между тираннозавром  и самым маленьким пернатым тероподом из Китая.  Исключением из этого являлись предки птиц, у которых эти пропорции начали изменяться.  Это изменение, возможно, было критическим, позволив первым птицам научиться летать под пологом тогдашних лесов.

Удлинение передних конечностей происходило достаточно долго, формируя одновременно и аэродинамический профиль крыла, что поспособствовало эволюции полета. В сочетании с сокращением задних конечностей, это помогло у первых птиц  усовершенствовать контроль полета и его эффективность. Короткие ноги, поспособствовали снижению сопротивления во время полета – по этой причине многие из современных птиц прячут их во время полета, кроме этого укороченные ноги позволяют им садиться и передвигаться по мелким ветвям на деревьях. Такое сочетание улучшенного крыла с более компактными ногами было критически важным моментом для выживания первых птиц во время господства в воздухе птерозавров.

“Наши исследования показывают, что в развитии механизма полета птиц произошли сильные изменения, повлиявшие на отношение длин передних и задних конечностей”, рассказывает Ларссон. Подобные отклонения, от правил произошедшие с  изменением размеров конечностей, мы можем наблюдать и при эволюции человека (относительно короткие руки и длинные ноги), а так же многих других видов млекопитающих. Они указывают, что в данной популяции произошли какие-то важные изменения в функциях и поведении. “Такое изменение могло иметь фундаментальное значение для птиц, а так же самых разнообразных классов наземных позвоночных обитающих на нашей планете”.

“Происхождение птиц и освоение ими активного полета, является классическим примером эволюционного перехода”, говорит Декикчи.  “Вполне возможно, что данные изменения, позволили птицам стать больше, чем просто один из родов манирапторов и привели к появлению широкого спектра различных форм и размеров конечностей у современных птиц”.

“Данная работа, в сочетании с нашими предыдущими исследованиями показывающими, что предки птиц не являлись постоянными жителями деревьев, объясняет многое из эволюции современных пернатых” говорит д-р Декекчи. “Зная, откуда появились птицы и как они заняли современные экологические ниши, мы начинаем лучше понимать то, как сформировался современный мир”.

Источник: ScienceDaily

Рентген позволил ученым обнаружить у ископаемой змеи недостающую заднюю конечность. И хотя она сильно недоразвита, ее детальный анализ позволил ученым прояснить вопрос о происхождении змей. И добавить доказательство в пользу того, что змеи произошли от наземных рептилий.

Отпечатки ископаемой змеи Eupodophis descouensiНовая технология, основанная на использовании рентгеновских лучей, позволила группе ученых под руководством доктора Александры Уссе (Alexandra Houssaye) из Музея естественной истории (Париж) обнаружить и детально изучить строение тазового пояса и задней конечности у ископаемой змеи Eupodophis descouensi. По словам ученых, это поможет им решить вопрос о происхождении змей — вопрос, над которым палеонтологи ломают голову уже много лет. Дело в том, что не известно, отделились змеи от рептилий, живущих в воде, или от группы, обитающей на суше.

Нога змеи в 3D

На основании послойного сканирования ученые осуществили подробную 3D−реконструкцию строения костей задних конечностей Eupodophis descouensi и пришли к выводу, что они больше всего напоминают строение задних конечностей наземных рептилий.

Сложность исследования состояла в том, что у ископаемой Eupodophis descouensi на поверхности находилась лишь одна конечность, а другая, как предположила Уссе, скрывалась в толще породы. Исследователи не ошиблись, и при помощи рентгеновского излучения им удалось обнаружить недостающую ногу.

«В настоящее время существует только три ископаемых змеи с сохранившимися задними конечностями и утраченными передними. Их относят к трем разным группам – это Haasiophis, Pachyophis и Eupodophis. У других известных ископаемых групп змей конечности не сохранились. Тем не менее, исходя из их анатомического строения считается, что у них конечности все-таки были», — пишут авторы в своей статье, которая будет опубликована в Journal of Vertebrate Paleontology.

Промежуточная стадия

Ископаемая змея Eupodophis descouensi, которая попала в поле зрения ученых, была обнаружена десять лет назад в породах возрастом 95 миллионов лет в отложениях Al Nammoura в Ливане. «Тело змеи достигало 50−ти сантиметров в длину, а задние конечности были сильно редуцированными, они прикреплялись к тазовому поясу и имели длину не больше двух сантиметров», — рассказывают исследователи.

По словам ученых, этот образец Eupodophis descouensi очень удачный. Он представляет собой редкую промежуточную стадию в эволюции рептилий. «Изучение Eupodophis descouensi помогло нам понять, как змеи постепенно утрачивали свои конечности в процессе эволюции. Мы считаем, что эта утрата происходила не в результате каких-то анатомических изменений строения костей, а, скорее всего, была связана с сокращением периода роста», — говорит Уссе.

Источник: Infox.ru