Как рыбы обзавелись шипами

В реальности защита некоторых рыб состоит из острых, как иглы, шипов плавников.

Многие виды рыб обладают двумя типами элементов плавников:

• Мягкие лучи — тупые и гибкие, в основном служат для движения.
• Шипы — острые и сильно окостеневшие, делают рыбу менее съедобной, что даёт эволюционное преимущество.

Колючепёрые рыбы, насчитывающие более 18 000 видов, — самая богатая видами линия рыб. Эволюция шипов считается ключевым фактором их разнообразия и успеха.

Исследователи из Университета Констанца (группа под руководством доктора Йоста Волтертинга) выяснили, как шипы возникают в эмбриональном развитии, и как они могли независимо эволюционировать из мягких лучей у разных линий рыб. Модельным видом выступила цихлида Astatotilapia burtoni.

Разные гены для шипов и мягких лучей

Генетический профиль показал, что набор генов-мастер-регуляторов, известных из развития конечностей, по-разному активируется в зачатках шипов и мягких лучей. Эти гены определяют, разовьётся ли элемент плавника как шип или как мягкий луч.

Мягкие лучи могут превращаться в шипы и наоборот

Используя химические ингибиторы/активаторы и "генетические ножницы" CRISPR/Cas9, учёные смогли изменить количество шипов или мягких лучей в плавниках. Наиболее striking эффект наблюдался при модуляции BMP (костного морфогенетического белка) сигналинга.

Произошли гомеотические преобразования: мягкие лучи превращались в шипы, а шипы — в мягкие лучи. При этом менялась и окраска: жёлтые пятна на плавниках самцов, характерные для мягколучевой части, исчезали, если луч превращался в шип. Это показывает, что шипы и лучи — часть общего модуля развития, определяющего видимые черты плавника.

Один принцип у разных линий рыб

Исследователи пришли к выводу, что в эволюции колючего плавника была перезапущена глубоко консервативная система паттернов. Генетический код, определяющий появление шипов у цихлид, активен и у рыб без шипов, что указывает на использование древнего генетического паттерна.

Этот же код совпал с таковым у независимо эволюционировавших шипов сома. Это говорит о существовании глубоко консервативного паттерна плавника, который используется для создания шипов, когда это favoreтся эволюционным отбором.

Следующие шаги

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на генах, действующих ниже идентифицированных генов-регуляторов, чтобы понять, как именно они изменяют морфологию плавника, контролируя пути окостенения и клеточного роста. Цель — понять, как новые анатомические структуры способствуют эволюционному успеху и невероятному разнообразию рыб.