Головоногие моллюски — осьминоги, кальмары и каракатицы — имеют специализированные щупальца с присосками, но то, как эти структуры эволюционировали из простого тела их предков-моллюсков, оставалось загадкой. Исследователи из Токийского университета сравнили активность генов в ходе эмбрионального развития каракатиц, осьминогов и улиток. Результаты опубликованы на сайте научного учреждения.
Выяснилось, что несколько генов, связанных с формированием конечностей, проявляли активность вдоль развивающихся щупалец головоногих, но не в развивающихся присосках. Вместо этого в присосках экспрессировался ген Ets1, связанный с ранним эмбриональным развитием у моллюсков. Это говорит о том, что головоногие «собрали» присоски, повторно используя уже существующие гены новыми способами.
«Наши результаты показывают, что развитие щупалец головоногих задействует консервативные гены, которые также используются для формирования конечностей у других животных — насекомых и млекопитающих. Но у присосок уникальный механизм развития: в них повторно используются гены раннего эмбриогенеза, такие как Ets1», — отметил постдокторант Ресукэ Кимбара.
Изначально ученые предполагали, что гены формирования конечностей будут участвовать и в щупальцах, и в присосках. Однако найти гены, экспрессирующиеся в присосках, оказалось сложно. Тогда команда сменила метод на более комплексный и продолжила скрининг, пока не обнаружила ген с характерным паттерном экспрессии в развивающихся присосках — и это был не тот ген, который ожидали найти.
Исследователи обнаружили активность Ets1 в области формирования присосок у каракатиц и осьминогов. Они также заметили изменения формы клеток и способа их движения по мере развития присоски — процессы, напоминающие эпителиально-мезенхимальный переход (EMT). Это указывает на то, что гены раннего эмбрионального развития могли быть повторно задействованы на более поздних стадиях, чтобы построить специализированную структуру присоски. Однако ученые подчеркивают: точную роль Ets1 и степень участия EMT еще предстоит проверить экспериментально.
Открытие показывает, как эволюция может создавать новые структуры, не обязательно изобретая полностью новые гены. Вместо этого гены, уже играющие важную роль в других частях тела, могут быть «приспособлены» для новых целей. По словам исследователей, похожие механизмы повторного использования генов могут в будущем объяснить и другие необычные структуры головоногих — хроматофоры, чернильный мешок и твердый клюв, — хотя для этого нужны дальнейшие исследования.
Авторы также подчеркивают: текущая работа в основном выявляет паттерны активности генов, а не напрямую проверяет функцию каждого из них. Чтобы понять, как именно эти гены способствуют формированию присосок и как эволюционировала эта структура, понадобятся эксперименты с «включением» и «выключением» отдельных генов, а также сравнение большего числа видов моллюсков.
Ранее ученые раскрыли секрет здоровья самой старой черепахи в мире.