Регуляторы ДНК определяют место и время включения генов в конечностях летучих мышей
Летучие мыши — единственные млекопитающие, освоившие активный полёт. Их крылья не появились из ниоткуда: они развились из передних конечностей, аналогичных человеческим рукам. Новое исследование раскрывает, как именно это произошло — не за счёт создания новых типов клеток, а благодаря точной настройке уже существующих генетических программ.
Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License) Летучая мышь крупным планом Крылья, созданные из рукСовременные летучие мыши поражают маневренностью: они способны ловко лавировать в темноте, используя гибкую перепонку между пальцами. Но на ранних стадиях эмбрионального развития их конечности почти не отличаются от конечностей мышей. Только позже, в определённый момент и в строго определённом месте, запускается каскад генетических процессов, делающий из "руки" — крыло.
"Конечности — отличная модель для изучения, как эволюция создаёт новые формы и функции", — сказал биолог из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка Стефан Мундлос .
Генетическая программа: та же, но с другим расписаниемУчёные сравнили эмбрионы мышей и летучих мышей, сфокусировавшись на стадии, когда формируются передние конечности. Они использовали технологии секвенирования генома и РНК отдельных клеток, чтобы увидеть, какие гены активны в различных участках будущих лап и крыльев.
Результат оказался неожиданным: у летучих мышей и мышей оказалось однотипное клеточное строение конечностей. Разница заключалась лишь в моменте и месте активации генов.
"Мы ожидали найти у летучих мышей уникальные клетки крыла. Но оказалось, что всё дело в изменении графика включения уже знакомых генов", — пояснила старший автор исследования Франциска М. Реал.
Мембрана для полёта: что запускает её ростГлавный "летательный" элемент — хиропатагиум, кожная перепонка между пальцами — формируется позднее, из клеток, которые у других млекопитающих присутствуют только в основании конечности. У летучих мышей эти клетки "реактивируют" свою генетическую программу дальше по длине растущей конечности, создавая мембрану, пригодную для полёта.
"Это не новые клетки. Это те же, что есть у всех млекопитающих — просто они начинают работать в другом месте и чуть позже", — уточнил ведущий автор Кристиан Ферегрино.
Крылья, ласты, копыта: один генетический набор, множество формРезультаты этого исследования подчёркивают принцип, который давно обсуждается в эволюционной биологии: одна и та же исходная структура может превращаться в нечто совершенно иное — в зависимости от того, как и когда включаются гены. По такому же принципу формируются и копыта лошади, и ласты дельфина, и руки человека.
Гетерохрония — сдвиг в сроках развития — позволяет природе редактировать организм, не изобретая ничего заново. А крыло летучей мыши становится живым примером того, как тонкая настройка времени и места генетической активности может породить функционально совершенно новую структуру.
Генетические реостаты — регуляторы будущих формУчёные составили подробный каталог клеточных состояний и регуляторных элементов (включая энхансеры), которые управляют развитием конечностей у летучих мышей. Эти некодирующие участки ДНК работают как переключатели — регулируют, где и насколько интенсивно включаются определённые гены.
Выявление таких "реостатов" может помочь понять, как у других животных — например, у белок-летяг или планеров — появились кожные перепонки. Более того, это даёт представление о возможных генетических причинах врождённых аномалий развития конечностей у человека.
Полёт без новых геновГлавный вывод исследования: крылья летучих мышей не стали результатом появления новых генов. Всё, что нужно было природе, уже существовало — она просто собрала старые элементы в новом порядке. Это подтверждает мысль Дарвина: эволюция работает с тем, что есть, и создает новое, передвигая блоки в уже существующей системе.
"Эволюция не изобретает с нуля, она редактирует уже имеющееся", — подчёркивает Кристиан Ферегрино.
С дальнейшим развитием технологий в области клеточной биологии и геномики нас, вероятно, ждёт ещё немало открытий о том, как природа конструирует новизну из старых элементов — в том числе из тех, что в темноте бесшумно пролетают над нашими головами.
УточненияЛету́чие мы́ши — обобщающее название для представителей отряда рукокрылых за исключением крыланов.
> наука природа животные биология генетика исследование