Ученые объяснили, как змеи в процессе эволюции утратили свои конечности
Хотя змеи и ящерицы принадлежат к одному отряду чешуйчатых, они отличаются очевидным аспектом: в змей нет конечностей. Ученые Института молекулярной клеточной биологии и генетики имени Макса Планка в Дрездене изучили генетические изменения, которые привели к этой разницы.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, пишет naked-science.
По мнению ученых, млекопитающие с деградированных зрительными системами, пожалуй, выделяют из геномов определенные гены - как правило те, которые связаны с образованием хрусталика и фоторецепторных клеток в глазах. Скорее всего, этот процесс был постепенным, и, в конце концов, эти гены полностью потеряли способность кодировать белки. Однако, по мнению Росциты, этого не произошло со змеями, которые не потеряли гены, связанные с формированием конечностей.
«Чтобы быть более точным, наше исследование, секвеновало геном змеи, действительно выявило потерю одного гена, но только одного. Итак, подход, который мы выбрали, заключался в изучении НЕ генов, а элементов, которые регулируют их экспрессию», - рассказывает Джулиан Гуссон Росцита.
Экспрессия гена - независимо от того, «активный» ген или нет - зависит от регуляторных элементов, которые находятся за пределами самого гена. Они в основном пропускают или блокируют информацию внутри гена, которая транскрибируется в РНК и затем переносится для генерации белка. Этот процесс контролируется цис-регуляторными элементами (cis-regulatory elements, CRE) - последовательностями нуклеотидов в ДНК, расположенными рядом с генами, которые они регулируют. Эти CRE могут значительно изменить функциональность генома с помощью генов, которые они блокируют или активируют.
«Регуляторный элемент может активировать или подавлять экспрессию гена в определенной части организма, например в конечностях, в то время как другой регуляторный элемент может активировать или подавлять экспрессию того же гена в другой части тела. Если ген потерян, он перестает экспрессироваться в обоих местах и часто может негативно влиять на формирование организма. Однако, если потерян только один из регуляторных элементов, выражение может исчезнуть в одной части, при этом сохранившись в другой», - объясняет Росцита.
Однако точно определить CRE достаточно сложно. Все гены следуют определенной структурной схеме, имея пары оснований на каждом конце гена, поэтому их легко разграничить. CRE должны быть определены косвенно, обычно путем сравнения последовательностей ДНК из различных видов. Именно это и сделала команда ученых: они сравнили геномы змей с генами разных рептилий и позвоночных, у которых есть конечности. По словам специалистов, поскольку «геномных последовательностей для рептилий с хорошо развитыми конечностями мало», они самостоятельно и впервые секвенировали геном аргентинского черно-белого тега (Salvator merianae).
Используя этот геном в качестве примера, команда рассмотрела геномы и нескольких других видов: двух змей (удава и питона), трех других пресмыкающихся, трех птиц, аллигатора, трех черепах, 14 млекопитающих и рыбы отряда целакантообразных (Coelacanthiformes). Имея пять тысяч и возможных кандидатов в регуляторные элементы в ДНК этих видов, команда изучила геномы нескольких видов змей. Им удалось сузить поиск до набора CRE, мутация которых могла привести к исчезновению конечностей в этих пресмыкающихся.
Росцита отмечает, что найденный CRE - лишь один из регуляторных элементов для одного из нескольких генов, контролирующих формирование конечностей. В своей работе ученые значительно расширили этот набор, показав, что некоторые другие элементы, ответственные за регулирование многих генов, мутировали в змей.
Ранее ученые выяснили, что медоносные пчелы понимают арифметические действия - их можно научить складывать и вычитать.
Напомним, ученые открыли новый вид динозавра с «ирокезом». Новооткрытый травоядный динозавр получил название Bajadasaurus pronuspinax. Он жил примерно 140 млн лет назад в промежутке между меловым и юрского периода и использовал для защиты от хищников загнутые вперед шипы на спине.