Эволюция головы: как позвоночные стали хищниками благодаря изменениям нервного гребня

Миксины — это похожие на вампиров рыбы, которые присасываются к промысловым рыбам и высасывают кровь, что делает их бичом для рыбаков. Как в фильме ужасов, эти паразиты используют ряды острых зубов, чтобы впиваться в кожу жертвы и питаться кровью и другими жидкостями. Но для учёных из Калифорнийского технологического института эти ужасные паразиты хранят важные ключи к эволюции и успеху позвоночных.

У этих угреобразных рыб нет челюстей. Однако, поскольку миксины — самые примитивные из ныне живущих позвоночных, их сравнение с более поздними позвоночными может пролить свет на эволюцию челюстей и других структур головы. Это важно для понимания такого поведения, как хищничество, которое сильно зависит от силы челюстей.

Учёные обнаружили, что популяция эмбриональных стволовых клеток, называемых клетками нервного гребня, может объяснить, как у позвоночных постепенно эволюционировала всё более эффективная голова. Клетки нервного гребня возникают в развивающейся центральной нервной системе, а затем мигрируют по всему эмбриону. Они играют ключевую роль в развитии челюстей и других важных компонентов головы и лица, что делает их хорошим кандидатом на роль в эволюции головы позвоночных.

Исследование было проведено в лаборатории Марианны Броннер, профессора биологии. Статья с описанием работы была опубликована в журнале Nature 31 октября.

"Миксины подобны живым ископаемым, и мы используем их, чтобы представить, как могли выглядеть примитивные позвоночные", — говорит Броннер. — "В 1980-х годах было высказано предположение, что нервный гребень — это изобретение позвоночных, которое позволило получить «новую голову». Мы хотели проверить это, изучив гены нервного гребня у миксин".

Исследование под руководством постдока Меган Мартик началось со сравнения генетического состава нервного гребня миксины и эмбрионов цыплят. Команда обнаружила, что у клеток нервного гребня миксины отсутствуют важные гены, которые присутствуют в головном нервном гребне птиц и млекопитающих и критически важны для формирования продвинутых структур, таких как челюсть.

Команда задалась вопросом, как нервный гребень в итоге приобрёл эти гены. В поисках подсказок они изучили гены нервного гребня у животных с челюстями (акулы, данио-рерио), которые эволюционировали после миксин, но задолго до птиц. Мартик и её коллеги обнаружили, что генетическая программа, сделавшая голову более сложной, была создана постепенным добавлением генов в репертуар нервного гребня по мере развития эволюционного древа позвоночных и появления новых видов.

Статья называется "Эволюция новой головы путём постепенного приобретения регуляторных контуров нервного гребня".