Эволюция жаберных крышек: генетический ключ к успеху позвоночных

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), раскрывает генетическую модификацию, которая привела к эволюции жаберных крышек более 430 миллионов лет назад. Учёные из USC Stem Cell и их коллеги показали, что это эволюционное новшество было не менее важно для успеха ранних позвоночных, чем появление челюстей.

Роль гена Pou3f3

Исследователи начали с создания мутантных линий рыб-зебр с изменениями в гене Pou3f3:

• Рыбы, лишённые этого гена или DNA-элемента, контролирующего его активность в жабрах, не формировали жаберные крышки.
• Рыбы, производящие слишком много белка Pou3f3, развивали лишние рудиментарные жаберные крышки.

Эволюционные вариации

Изучив различные группы позвоночных, учёные обнаружили связь между активностью контрольного элемента гена Pou3f3 и строением жаберных крышек:

• Беспозвоночные рыбы (например, морские миноги): контрольный элемент для производства Pou3f3 в жаберной области отсутствует, что соответствует отсутствию жаберных крышек.
• Хрящевые рыбы (акулы, скаты): контрольный элемент активен во всех жабрах, что соответствует наличию отдельной крышки на каждой жаберной щели.
• Костные рыбы (рыбы-зебры): контрольный элемент производит Pou3f3 в одной конкретной области, что приводит к формированию единой крышки, защищающей все жабры.

«Мы идентифицировали не только ген, ответственный за формирование жаберной крышки, но и древний контрольный элемент, который позволил Pou3f3 сначала создать эти крышки, а затем диверсифицировать их у хрящевых и костных рыб», — заявил соавтор исследования Гейдж Крамп.

Исследователи также показали, что люди сохраняют этот контрольный элемент, что отражает наличие структур, похожих на жаберные крышки, у человеческих эмбрионов — наследие наших далёких рыбьих предков.