Как из птицы сделать динозавра
Выключив пару сигнальных молекул в развивающемся птичьем эмбрионе, можно сделать его похожим зародыш рептилии.
Известно, что птицы произошли от динозавров – с этим сейчас спорят лишь те, кто отвергает эволюционную теорию в целом. В научных же дискуссиях обсуждают конкретные пути эволюции, то есть как именно древние ящеры, постепенно обраставшие перьями, приобрели в конце концов настоящие крылья и поднялись в воздух.
Но крылья – только одна из отличительных черт пернатых; у них ведь есть ещё и клюв. Форма его исключительно разнообразна, и птицы научились пользоваться им мастерски. Но как так вышло, что челюсти динозавров, усаженные зубами, превратились в такое уникальное приспособление? Ответ на такой вопрос даёт любопытная работа исследователей из Гарварда, опубликованная в журнале Evolution . Архат Абжанов (Arhat Abzhanov) и его коллеги в некотором смысле повернули вспять развитие куриного эмбриона, у которого в результате вместо клюва стало получаться что-то вроде крокодильей пасти.
Разумеется, молекулярно-генетическим манипуляциям предшествовала длительная работа с черепами динозавров, современных рептилий и птиц: черепные кости сравнивали друг с другом, чтобы понять, как разные анатомические формы могли переходить одна в другую. Сравнительный анализ делали методами геометрической морфометрии, которая позволяет определить самые незначительные отличия в размере и форме костей. Одно из главных отличий «лица» птиц от «лица» древних пресмыкающихся состоит в том, что предчелюстные кости у пернатых стали длинными, узкими и в результате срослись в одну, став основой для надклювья. У археоптерикса можно наблюдать промежуточную стадию этого процесса, но у тех видов, что появились после него, предчелюстные кости становятся ещё больше и ещё теснее срастаются друг с другом.
Затем исследователи погрузились в молекулярную биологию – нужно было узнать, что за сигнальные белки управляют их развитием. В результате удалось выйти на два гена: первый кодировал фактор роста фибробластов 8 (Fgf8), второй кодировал белок WNT. Фактор роста включался в лицевом отделе черепа первым, за ним, когда кости уже в целом были сформированы, начинал работать WNT, который усиливал их рост. Причём, что важно, у млекопитающих, ящериц, черепах и аллигаторов WNT работает в других областях формирующегося черепа, чем у птиц.
Когда у куриного эмбриона подавляли работу обоих белков, то предчелюстные кости оставались короткими, округлыми и не сращенными друг с другом – то есть такими же, как у динозавровых родичей птиц. Но ещё более интригующие вещи случились с нёбной костью. У нас, да и у многих других позвоночных она плоская и соединена с окружающими костями, формируя крышу полости рта. У птиц же она редуцирована и с окружающими не соединена – так обеспечивается подвижность надклювья. С обычной нёбной костью птицы не смогли бы широко распахивать клюв. Но в отсутствие вышеупомянутых сигнальных белков у куриных эмбрионов формировалась именно что обычная нёбная кость, так что развивающийся череп делался похож не на птичий, а на череп аллигатора. То есть когда-то в прошлом гены WNT и Fgf8 у «птицезавров» начали работать иначе, чем у прочих позвоночных, благодаря чему и получился клюв.
Однако результаты исследований у некоторых специалистов вызывают сомнения. Год назад сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Франциско сообщили, что им удалось определить момент в эмбриогенезе, когда голова птиц начинает развиваться по собственному пути – и здесь критическим для формирования клюва оказывался совсем другой ген, называемый SHH. На что исследователи из Гарварда ответили, что белки Fgf8 и SHH часто работают вместе, и никакого противоречия тут нет. Возможно, в дальнейшем обнаружатся ещё какие-нибудь сигнальные молекулы, которые помогли переделать морду динозавров в птичий клюв. Как бы то ни было, полученные результаты лишний раз показывают, сколь плодотворным может быть сотрудничество палеонтологии с молекулярной биологией, позволяющей объяснить конкретные механизмы эволюционных превращений одних видов в другие.
По материалам Science.
