Эволюционный «копипаст»: как ошибки копирования привели к полёту насекомых, камуфляжу осьминогов и когнитивным способностям человека

Семьсот миллионов лет назад появилось первое двусторонне-симметричное животное (билатерия) — последний общий предок огромной группы животных, включающей позвоночных (рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих) и беспозвоночных (насекомых, членистоногих, моллюсков, червей, иглокожих и других).

Более 7000 групп генов можно проследить до этого общего предка, согласно исследованию 20 видов билатерий, включая человека, акул, подёнок, многоножек и осьминогов. Исследование провели учёные из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне, и оно опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.

Около половины этих древних генов были впоследствии перепрофилированы животными для использования в специфических частях тела, особенно в мозге и репродуктивных тканях. Это удивительно, так как консервативные гены обычно выполняют фундаментальные функции, необходимые во многих частях тела.

Причиной стала серия случайных ошибок «копирования-вставки» в ходе эволюции билатерий. Например, ключевой момент в ранней истории позвоночных: появление множества тканеспецифичных генов совпало с двумя событиями дупликации всего генома.

Животные могли сохранить одну копию для базовых функций, а вторую использовать как сырьё для эволюционных инноваций. Подобные события, разного масштаба, постоянно происходили на всём эволюционном древе билатерий.

Примеры специализации генов:

• Гены TESMIN и tomb, произошедшие от одного предка, независимо приобрели специализированную роль в семенниках как у позвоночных, так и у насекомых. Проблемы с этими генами нарушают выработку спермы, влияя на фертильность мышей и плодовых мух.
• У позвоночных обнаружены гены, критически важные для формирования миелиновой оболочки вокруг нервных клеток, что необходимо для быстрой передачи сигналов. У человека также идентифицирован ген FGF17, который, как полагают, играет важную роль в сохранении когнитивных функций в пожилом возрасте.
• У насекомых определённые гены стали специализироваться в мышцах и эпидермисе для формирования кутикулы, что способствовало развитию способности к полёту.
• В коже осьминогов другие гены специализировались для восприятия световых стимулов, что способствует их способности менять цвет, маскироваться и общаться.

Исследование показывает, что изменения в использовании генов в разных тканях сыграли большую роль в создании новых уникальных черт у животных. Гены, жизненно важные для выживания, могут легко приобретать новые функции в эволюции, отражая её баланс между сохранением основных ролей и освоением новых путей.