Ученые из Сент-Эндрюсского университета обнаружили важный недостающий элемент в понимании того, как эволюционировали позвоночные животные – группа, включающая млекопитающих, рыб, рептилий и амфибий. Результаты исследования, опубликованные в журнале BMC Biology, помогают объяснить, как наши предки отделились от более простых форм жизни и начали свой путь к усложнению.
В основе развития любого животного лежат сложные сигнальные пути, позволяющие клеткам общаться друг с другом. Эти механизмы управляют критически важными процессами, такими как формирование эмбриона и развитие органов. Внутри клеток эти сигналы интерпретируются специальными белками, которые направляют их поведение и активность генов. Именно мутации в этих системах часто приводят к заболеваниям, поэтому они являются популярной мишенью при разработке лекарств.
Чтобы проследить эволюцию этих клеточных «коммуникаций», исследователи проанализировали генетические данные трех видов: морской асцидии, миноги и лягушки. Морские асцидии – это беспозвоночные, которые служат точкой отсчета для сравнения с позвоночными. Миноги представляют одну из самых ранних ветвей позвоночных, что позволяет определить, когда именно произошли ключевые генетические изменения. Лягушка же иллюстрирует дальнейшее развитие этой группы.
Применив передовую технологию секвенирования ДНК с длинными молекулами, команда впервые смогла составить полную карту белков, производимых сигнальными генами у этих животных. Оказалось, что при переходе от беспозвоночных к позвоночным гены, отвечающие за производство сигнальных белков, эволюционировали совершенно особым образом. У миноги и лягушки один и тот же ген производил гораздо больше различных версий белков, чем у морской асцидии. Этот скачок в разнообразии был значительно выше, чем у большинства других типов генов.
Поскольку эти сигнальные пути влияют на то, как клетки формируют различные ткани и органы, ученые считают, что именно резкое увеличение разнообразия белков позволило позвоночным животным развить более сложное строение тела. «Нас очень удивило, – говорит ведущий автор, профессор Дэвид Ферье, – как эта небольшая группа совершенно особенных генов выделяется своим поведением на фоне всех остальных генов, которые мы изучали». Понимание того, как работают эти белковые вариации, не только проливает свет на наше эволюционное прошлое, но и может помочь в разработке новых подходов к лечению заболеваний.
