Пальцы млекопитающих могли развиться из анальных отверстий рыб

Ученые уже давно пытаются понять, как у первых четвероногих животных появились пальцы, унаследованные от их рыбоподобных предков. Одна из гипотез утверждает, что пальцы развились из плавников, однако это не единственное объяснение возникновения наших гибких и ловких конечностей.

Формирование пальцев у четвероногих регулируется генами Hoxd, входящими в сложный регуляторный ландшафт. Американские и швейцарские исследователи сравнили геномы рыб и мышей, сосредоточив внимание на участках рядом с Hoxd-генами, где находятся ДНК-переключатели, управляющие их активностью. Хотя у данио-рерио (Danio rerio) нет пальцев и отсутствует часть генов Hoxd, ученые обнаружили у них сохранившийся регуляторный ландшафт с ДНК-переключателями, прилегающий к другим Hoxd-генам. Это вызвало вопрос: какую изначальную роль играл этот генетический механизм?

Чтобы проследить активность генов, ученые отметили часть этих переключателей у эмбрионов мышей и данио-рерио флуоресцентными маркерами. В результате у мышиных эмбрионов свечение появилось в области пальцев, а у эмбрионов данио-рерио – в клоаке. Далее ученые с помощью технологии CRISPR-Cas9 проверили, что произойдет при удалении этих регуляторных элементов. Результаты оказались однозначными: у мышей с выключенной областью пальцы формировались неправильно, а у данио-рерио нарушалось развитие клоаки, тогда как плавники оставались без изменений.

По словам исследователей, это указывает на то, что изначально регуляторная функция была связана именно с формированием клоаки у рыб – универсального отверстия, участвующего в выделении и размножении. Работа также показывает, что в процессе эволюции, когда четвероногие произошли от водных предков, этот генетический механизм был переориентирован на развитие пальцев.