Общие правила развития предсказывают закономерности эволюции у разных видов
Эволюция и развитие таких разнообразных структур, как конечности, пальцы, зубы, сомиты и позвонки, могут иметь больше общего, чем считалось ранее. К такому выводу пришло новое исследование, проведённое профессором биологии UMass Dartmouth Кэтрин Кавана и доцентом медицинской школы UCSF Натаном Янгом.
Исследование «Общие правила развития предсказывают закономерности эволюции в сегментации позвоночных» было опубликовано в журнале Nature Communications 1 апреля 2015 года. Соавторами являются Бенджамин Уинслоу и студентка-биолог Совмья Таккеллапати.
В работе используются экспериментальные данные по птицам и сравнительный анализ более 1200 видов млекопитающих, птиц и рептилий, что позволяет предположить существование универсального принципа строения.
«У всех этих видов очень разные части скелета, такие как пальцы, зубы, конечности или позвонки, эволюционируют с вариациями в пропорциях размеров одинаковым образом — даже при явно разных задействованных генах», — сказала Кавана.
Результаты показывают, что скелеты разных животных могут использовать общие принципы самоорганизации, не зависящие от конкретных генетических основ.
«Сигнал настолько сильный и настолько широко распространённый. Мы обнаружили закон природы», — заявила Кавана.
Исследование показывает, что программы развития, управляющие сегментацией, создают определённые вариации размеров, которые направляют эволюцию высокопредсказуемым образом.
Наиболее примечательно, что исследование выявило, что средние сегменты у различных видов неизменно составляют треть от общего размера, в то время как первый и последний сегменты сильно изменчивы и «торгуются» своими пропорциями. По мнению исследователей, эта закономерность согласуется с предсказаниями простой системы «активатор-ингибитор».
Исследование демонстрирует, что эффект этих ранних событий паттернирования развития имеет решающее значение для формирования размера и пропорций, что имеет значение для понимания этиологии болезненных процессов.
Выводы и значение исследования:
- Предоставлены ключевые экспериментальные и сравнительные доказательства общей «логики» развития.
- Показана полезность высокоуровневого моделирования, независимого от молекулярной идентичности.
- Дано объяснение с точки зрения развития тому, почему скелеты разных видов эволюционируют определённым образом, что может действовать независимо от функции.
- Показано, как простые правила строения животных могут повторно использоваться в различных структурах для получения разнообразных результатов.
Результаты исследования помогают понять, какие типы взаимодействий в развитии возможны, и предоставляют явные предсказания для будущих моделей развития и эволюции. Работа предлагает потенциально общую основу для прогнозирования как краткосрочных реакций на отбор на уровне популяции, так и долгосрочных эволюционных паттернов у разнообразных видов.