Od kloaki ryby do palców. Naukowcy odkrywają pradawny mechanizm
Najnowsze badania wskazują, że przełączniki DNA odpowiedzialne za rozwój palców u czworonogów pierwotnie współuczestniczyły w formowaniu się kloaki u pradawnych ryb. Dzięki nowoczesnym technikom genetycznym naukowcy odkryli, jak ewolucja potrafi twórczo wykorzystywać istniejące mechanizmy do nowych celów. Ta zaskakująca obserwacja rzuca nowe światło na złożoność i oszczędność procesów ewolucyjnych.
Nowe badanie pokazuje, że przełącznik DNA kontrolujący rozwój palców rąk i nóg miał swój początek w regulacji kształtowania się kloaki u ryb 380 milionów lat temu.
"Kto nie marnuje, temu nie brakuje" w przyrodzie
- Fakt, że te geny są zaangażowane, jest uderzającym przykładem tego, w jaki sposób ewolucja dokonuje innowacji, przetwarzając stare rzeczy, aby stworzyć nowe - tłumaczy Denis Duboule, genetyk rozwojowy. - Zamiast tworzyć nowy system regulacji palców, natura wykorzystała istniejący mechanizm, początkowo działający w kloace.
Jest to przykład praktycznego zastosowania zasady natury "kto nie marnuje, temu nie brakuje". Po co tworzyć nowe narzędzia genetyczne od podstaw, skoro można wykorzystać te już istniejące?
Geny Hoxd u czworonogów
Rozwój formowania placów u czworonogów jest kodowany w genach o nazwie Hoxd, które stanowią część rozległego systemu regulacyjnego. Międzynarodowy zespół badaczy porównał genomy ryb i myszy, zwracając uwagę na regiony sąsiadujące z genami Hoxd.
Danio pręgowany to gatunek ryb, u której naukowcy odkryli, że brakuje mu niektórych genów Hoxd, jednak nadal posiada układ regulacji genetycznej sąsiadujący z pozostałymi genami Hoxd z przełącznikami DNA. Wywołało to pytanie o pierwotną funkcję tego układu. Aby to sprawdzić, naukowcy oznaczyli niektóre z tych przełączników u zarodków myszy i danio pręgowanego markerami fluorescencyjnymi, aby podkreślić tkanki, w których występują geny. Wynik był zaskakujący: u zarodków myszy przełączniki rozświetlały się w palcach, a u ryby - w kloace.
Aby zbadać temat głębiej, usunięto te elementy za pomocą CRISPR -Cas9 i po raz kolejny wynik był jednoznaczny. U myszy z usuniętym regionem nie rozwinęły się prawidłowo palce u czterech kończyn, natomiast u danio pręgowanego nie rozwinęła się kloaka, a nie płetwy ryby.
- Wspólną cechą kloaki i palców jest to, że reprezentują one części końcowe - mówi genetyk Aurélie Hintermann, która współpracowała z Uniwersytetem Genewskim podczas badań.
Konieczne są dalsze obserwacje w celu zbadania tego powiązania, a także innych aspektów, które mogły ulec zmianie w toku ewolucji życia na Ziemi.
Badanie zostało opublikowane w magazynie Nature.
