Предки современных змей 150 миллионов лет назад передвигались, активно используя конечности. Через несколько десятков миллионов лет конечности у змей исчезли. До настоящего момента причина этой потери была неясна, хотя ученые пытались найти ответ на вопрос «куда пропали лапы у змей?» в течение многих лет. В 90-х годах прошлого века за решение этого вопроса решила взяться команда ученых из Флоридского университета.
21 октября ученые опубликовали результаты своей работы. Как оказалось, потеря лап — это мутация, связанная с изменением конкретного гена-усилителя (ген-модификатор, усиливающий фенотипическое проявление другого гена). В случае со змеями изменениям подвергся ген, контролирующий активность других генов, ответственных за формирование конечностей.
«Это очень интересно — знать, что определенные изменения в геноме влияют на исчезновение конечностей», — говорит один из участников исследований.
Открытие сделали Мартин Кон (Martin Cohn), профессор молекулярной генетики и микробиологии, и аспирантка Франциска Лил (Francisca Leal). Ученые исследовали работу генов у развивающегося эмбриона питона, а также сравнивали геном змей и ящериц. Интересно, что у кобр и гадюк вообще нет конечностей, в то время, как у питонов и боа есть рудиментарные остатки лап.
Эти выросты — все, что осталось от лап у питона
Еще в 1999 году Кон с коллегами поняли, что ряд наборов генов змей работает немного по-другому, чем у других рептилий. Использование специфических методов работы с ДНК рептилий привело к тому, что у эмбрионов змей начали расти конечности. К сожалению, 17 лет назад ученые не имели тех возможностей по изучению ДНК живых существ, какие есть у специалистов сейчас. Тем не менее, в 2003 году ученые смогли понять, что активность одного из участков ДНК играет важную роль в формировании конечностей у ящериц. Есть этот участок и у змей. Специалисты продолжали изучать особенности работы этого участка ДНК и с течением времени получили достаточно большое количество данных об особенностях его работы.
Как оказалось, мутация гена-усилителя, которая привела к потере лап змеями не одна — их сразу три. Эффект этих мутаций кумулятивный, они убрали в гене-усилителе участок, который носит название Sonic hedgehog (сверхзвуковой еж). Этот участок известен, как место связи транскрипционного фактора. Усилитель отвечает за включение участка Sonic hedgehog, который, в свою очередь, отвечает за формирование конечностей. Кумулятивный эффект трех мутаций приводит к тому, что этот участок либо вовсе не включается (у кобр и гадюк), либо включается на очень короткое время, после чего отключается навсегда.
Как оказалось, в геноме питона и боа есть весь набор инструкций для формирования лап. Но, поскольку во время развития эмбриона участок генома, который и отвечает за развитие конечностей, почти не работает, то у боа и питонов формируются лишь зачатки лап.
Другие гены-усилители у боа и питонов по-прежнему остаются в ДНК, включая те из них, что отвечают за активацию гена Hoxd13, при помощи которого происходит развитие конечностей. На ранних этапах развития у эмбриона питона есть клеточные источники полного скелета лап, включая кости пальцев. К моменту выхода из яйца у молодых питонов из всего этого остаются только небольшие рудименты бедренных костей, и больше ничего.
«Результаты наших исследований показывают, что формирование конечностей у питона заходит гораздо дальше, чем мы считали до настоящего момента. Для того, чтобы у эмбриона появились лапы, в геноме питона есть все необходимое. Но процесс формирования скелета просто не завершается», заявил Кон.
Вторая команда ученых, под руководством Акселя Визеля из Национальной лаборатории Лоренса в Беркли, Калифорния, решила проверить, что произойдет, если упомянутый выше ген-усилитель мышей заменить на аналогичный ген змей. Для этого использовалась методика редактирования генома, известная, как CRISPR-cas9. Для того, чтобы удостовериться в действии гена-усилителя змей, мышам пересадили и усилитель рыбы и человека.Как оказалось, в двух последних случаях конечности у мышей формировались вполне нормально. А вот при использовании гена-усилителя змей вместо нормальных конечностей у зародышей мышей формировались лишь бугорки. После того, как ученые встроили недостающие фрагменты ДНК в усилитель, конечности у мышей стали формироваться нормально.
20 лет назад палеонтологи нашли окаменелые останки предков современных змей, у которых были конечности. Некоторые ученые решили, что утеря змеями ног случилась позже, чем считалось ранее. В то же время, другие специалисты говорили, что некоторые виды (тупиковые ветви) предков змей просто эволюционировали, получив свои лапы обратно. Результаты исследований современных ученых показывают, что вторая группа ученых, вероятно, права.
Насколько можно судить, говорят специалисты, эволюционный механизм не только мощный, но еще и гибкий. Он позволяет некоторым существам повторно развивать утраченные некогда органы и функции организма.
Комментарии (27)
uterr
26.10.2016 14:05А как выглядит змея с лапами? она умеет ими пользоваться? Для использования, нужны какие-либо еще дополнительные специальные гены, или умение выработается в мозге?
eugzol
26.10.2016 14:58Интересно было бы посмотреть на такую змею. Но вообще, в какой-то передаче видел, что по меньшей мере некоторые змеи и так передвигаются, имитируя движение на лапах. Движение с опорой на четыре точки типа.
Halt
26.10.2016 15:14+2Не знаю как будет выглядеть змея с лапами, но обратный пример в природе встречается. Не смотря на то, что желтопузик выглядит как змея, на деле это ящерица. И таких видов на самом деле несколько.
DagothNik
26.10.2016 22:25В России как минимум два. Желтопузик и веретеница. Вторых видел и даже в руках держал (на самом деле не сильно похож на змею, глаза имеют подвижное веко, брюхо покрыто мелкими чешуйками), а вот желтопузиков как-то не довелось.
aivs
27.10.2016 01:23Мозг сам учится управлять новым девайсом, люди же могут пользоваться мышкой и нейроинтерфейсом.
Robotex
27.10.2016 16:30Для использования нужен только мозг. Человек же когда рождается, тоже не может управлять руками и ногами.
i_Max2
26.10.2016 14:18Я думаю что умение пользоватся конечностями приобретается в обучении. Человек при рождени не ходит и в течении нескольких лет вырабатывает навыки.
Возможно у мутировавшего питонёнка с лапами появится способность бегать… хотя с таким длинным телом это будет трудновато. Предположу что если такое бы случилось то в процессе эволюции длинна питона бы сократилась, ну или лапы опять бы пропали.
Если доползти у мутанта получится быстрее чем добежать то выживит тот кто больше сьест :)
4ebriking
26.10.2016 15:04Лапы питону будут сильно мешаться — да хоть по норам ползать, практически не давая ничего взамен. А «сороконожку» получить из него не выйдет.
Sokol666
26.10.2016 15:55Ноги змеям, чтож, как минимум они им пригодятся, что-бы покрутить пальцем у виска глядя на тех ученых которые им сделают такой подарок. А вообще интересно с чего же именно ползать стало приоритетней чем бегать?
FrozenTwilight
26.10.2016 16:50Возможно такая конструкция тела получилась в следствии компромисса между, относительно, быстрым передвижением по земле и возможностью длительного нахождения змеи на деревьях, да и намотаться большей частью тела на ветке звучит куда более безопаснее чем держаться 4-мя конечностями и хвостом, как это принято у млекопитающих и ящериц.
geher
26.10.2016 21:02Просто безногие муианты смогли выжить и оставить потомство. Никаких особых приоритетов. Никаких особых причин для «отбрасывания ног».
FrozenTwilight
26.10.2016 22:28То есть вы хотите сказать, что при мутации какого либо вида он теряет только то, что данному виду «мешает» в той или иной степени, а то, что пропало из-за какого-то сбоя в генах или «случайно» (хотя наверное это «случайно» как раз и является сбоем в генах), Я правильно понимаю?
Pakos
27.10.2016 10:52+1Он теряет/приобретает не то что «мешает», а случайно. Дальше пытается с этим жить. Получается — хорошо, даёт преимущества — ещё лучше. Мутация закрепляется (этот выживает, конкурент умирает без потомства). Но и тут есть рандом — приспособленный может получить упавшим деревом по голове, утонуть в смоляной ловушке или при наводнении, стать обедом другого существа и его приспособленность к чему-то уже не ушла дальше. Мы о ней даже не узнаем (переваренный ничего не расскажет). Но кому-то везло — змеи без лапок получили преимущество и сейчас они именно такие. Не лишись они лапок — другая мутация могла бы, например, лапы удлинить. Змеи не были бы такими длинными (это давало бы больше проблем и ухудшало выживаемость), зато высокими. Лающие змеи.
geher
27.10.2016 22:02+1Все проще. Получил кто-то мутацию и пытается с этим жить, вырабатывая новые навыки.
Не отбросили лапы, чтобы получить преимущество, а научились жить без лап, случайно их потеряв.
Преимущество от мутации рождается не автоматически само по себе из факта мутации, а от выработанного позднее умения это преимущество использовать.
Да и отрицательные мутации не гарантируют гибель организма, если он научится нейтрализовать влияние этой самой отрицательной мутации.
Sphinxspb
26.10.2016 16:50Есть какие-то причины, почему получать зародыш мыши без лап можно («чтобы удостовериться в действии гена-усилителя змей, мышам пересадили и усилитель рыбы и человека» -> «при использовании гена-усилителя змей вместо нормальных конечностей у зародышей мышей формировались лишь бугорки»), а вот провести эксперимент и получить змею с лапами — нельзя? Или это технически иначе реализуется?
comp3v
26.10.2016 17:53+4Энхансер в русскоязычной биологической среде не переводится как усилитель, просто транслитерируется (блин, ну хоть в википедию заглядывайте на худой конец! https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D1%85%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B5%D1%80). И это вообще не ген ни разу — участок ДНК, но не ген! А вот Sonic hedgehog — как раз-таки ген (если уж совсем правильно, то белок, кодируемый геном).
MaxxONE
Реквестируем ГМО-питона с лапками!
MurzikFreeman
Всего-то пару строк раскомментировать и пересобрать.
KonstantinSoloviov
safari2012
могут недостающие библиотеки всплыть.
4ebriking
del (ошибся)