Ученые из Университета Сент-Эндрюс выяснили, какой генетический механизм сделал возможным появление позвоночника и резкий рост сложности животных – от рыб и земноводных до человека. Исследование показывает: решающую роль сыграло не появление новых генов, а то, что уже существующие гены начали производить значительно больше вариантов белков.
Что изменилось в ходе эволюции
Развитие животных основано на сигнальных системах – молекулярных механизмах, с помощью которых клетки обмениваются информацией и определяют свою будущую функцию. Ученые обнаружили, что в момент появления первых позвоночных гены, управляющие этой клеточной коммуникацией, резко увеличили разнообразие создаваемых белков.
Это позволило клеткам более гибко реагировать на сигналы и специализироваться новыми способами, что, по мнению исследователей, стало основой формирования позвоночника, органов и сложных тканей.
Как ученые пришли к своему выводу
Исследователи сравнили морских асцидий (беспозвоночные), миног (одни из древнейших позвоночных) и лягушек. Миноги оказались особенно важны, поскольку представляют ранний этап эволюции позвоночных.
Впервые для этих животных применили секвенирование ДНК длинных молекул, позволившее точно определить все варианты белков, производимых одним геном. Результаты показали: у беспозвоночных разнообразие белков минимально, а у позвоночных – резко выше именно у генов сигнальных путей.
Почему это важно
Ведущий автор исследования профессор Дэвид Ферриер отметил, что именно небольшая группа сигнальных генов демонстрирует эволюционный скачок, нехарактерный для других генов.
Эти же сигнальные системы участвуют в развитии эмбриона, работе стволовых клеток и ряде заболеваний. Понимание их эволюции может быть полезно не только для изучения происхождения позвоночных, но и для будущих медицинских исследований.
Работа опубликована 2 февраля в журнале BMC Biology.
