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