Вчені пояснили, як змії у процесі еволюції втратили свої кінцівки
Хоча змії і ящірки належать до одного загону лускатих, вони відрізняються очевидним аспектом: у змій немає кінцівок. Вчені Інституту молекулярної клітинної біології та генетики імені Макса Планка в Дрездені вивчили генетичні зміни, які призвели до цієї різниці.
Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications, пише naked-science.
На думку вчених, ссавці з деградованими зоровими системами, мабуть, виділяють з геномів певні гени – як правило ті, які пов’язані з утворенням кришталика і фоторецепторних клітин в очах. Найімовірніше, цей процес був поступовим, і, врешті-решт, ці гени повністю втратили здатність кодувати білки. Однак, на думку Росціти, цього не сталося зі зміями, які не втратили гени, пов’язані з формуванням кінцівок.
«Щоб бути більш точним, наше дослідження, яке секвенованувало геном змії, дійсно виявило втрату одного гена, але тільки одного. Отже, підхід, який ми вибрали, полягав у вивченні не генів, а елементів, які регулюють їх експресію», – розповідає Джуліан Гуссон Росціта.
Експресія гена – незалежно від того, «активний» ген чи ні – залежить від регуляторних елементів, які знаходяться за межами самого гена. Вони в основному пропускають або блокують інформацію всередині гена, яка транскрибується в РНК і потім переноситься для генерації білка. Цей процес контролюється цис-регуляторними елементами (cis-regulatory elements, CRE) – послідовностями нуклеотидів в ДНК, розташованими поруч з генами, які вони регулюють. Ці CRE можуть значно змінити функціональність генома за допомогою генів, які вони блокують або активують.
«Регуляторний елемент може активувати або пригнічувати експресію гена в певній частині організму, наприклад в кінцівках, в той час як інший регуляторний елемент може активувати або пригнічувати експресію того ж гена в іншій частині тіла. Якщо ген втрачений, він перестає експресуватися в обох місцях і часто може негативно впливати на формування організму. Однак, якщо втрачений тільки один з регуляторних елементів, вираз може зникнути в одній частині, при цьому зберігшись в інший», – пояснює Росціта.
Проте точно визначити CRE досить складно. Всі гени слідують певній структурній схемі, маючи пари підстав на кожному кінці гена, тому їх легко розмежувати. CRE повинні бути визначені опосередковано, звичайно шляхом порівняння послідовностей ДНК з різних видів. Саме це і зробила команда вчених: вони порівняли геноми змій з генами різних рептилій і хребетних, у яких є кінцівки. За словами фахівців, оскільки «геномних послідовностей для рептилій з добре розвиненими кінцівками мало», вони самостійно і вперше секвенували геном аргентинського чорно-білого тега (Salvator merianae).
Використовуючи цей геном в якості прикладу, команда розглянула геноми і декількох інших видів: двох змій (удава і пітона), трьох інших плазунів, трьох птахів, алігатора, трьох черепах, 14 ссавців і риби загону целакантообразних (Coelacanthiformes). Маючи п’ять тисяч і можливих кандидатів в регуляторні елементи в ДНК цих видів, команда вивчила геноми декількох видів змій. Їм вдалося звузити пошук до набору CRE, мутація яких могла призвести до зникнення кінцівок у цих плазунів.
Росціта зазначає, що знайдений CRE – лише один з регуляторних елементів для одного з декількох генів, які контролюють формування кінцівок. У своїй роботі вчені значно розширили цей набір, показавши, що деякі інші елементи, відповідальні за регулювання багатьох генів, мутували у змій.
Раніше вчені з’ясували, що медоносні бджоли розуміють арифметичні дії – їх можна навчити складати і віднімати.
Нагадаємо, учені відкрили новий вид динозавра з «ірокезом». Нововідкритий травоїдний динозавр отримав назву Bajadasaurus pronuspinax. Він жив приблизно 140 млн років тому в проміжку між Крейдовим і Юрським періодами і використовував для захисту від хижаків загнуті вперед шипи на спині.