Человеческая рука устроена асимметрично: мы хватаем предметы ладонью, а тыльная сторона почти не участвует в работе и выполняет скорее защитную функцию. Такое разделение — важная особенность всех наземных позвоночных. Но у древних рыб, от которых произошли наши предки, ничего подобного не было — их плавники были симметричны.
Ученые из Университета Констанца проследили, как из этих симметричных структур появилась «двусторонняя» рука. Работа опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution.
Около 500 млн лет назад у древних рыб возникли первые парные плавники. Они появились за счет копирования генетической программы срединных плавников, которые располагались вдоль спины. Примерно через 150 млн лет эти парные плавники стали основой конечностей первых наземных позвоночных — будущих рук и ног. Многие элементы этой программы сохранились: например, те же сигналы, что у человека определяют большой палец и мизинец, работают и в плавниках рыб.
Однако между ними есть принципиальное различие. Срединные плавники симметричны и не имеют аналога ладони и тыльной стороны. А в человеческой руке это разделение формируется еще на ранних стадиях развития благодаря гену Lmx1b. В клетках, где он активен, образуется тыльная сторона кисти, где неактивен — ладонная.
Сравнив работу этого гена у разных видов рыб — от цихлид до акул, — исследователи обнаружили, что в парных плавниках ген Lmx1b активен на спинной поверхности, как и в человеческой руке. А в древних срединных плавниках он включается не «сверху», а ближе к заднему краю плавника, обращенному от головы. Это говорит о том, что изначально ген выполнял совсем другую функцию и не был связан с разделением на верх и низ.
Различаются и сигнальные системы, которые его запускают. В парных плавниках активность гена Lmx1b зависит от сигнального пути Wnt, а в срединных — от пути Hedgehog. Когда ученые экспериментально отключали Wnt у эмбрионов рыб, ген переставал работать в парных плавниках, но продолжал работать в срединных. Это означает, что в ходе эволюции ген был встроен в новую систему регуляции.
Судя по всему, первоначально ген Lmx1b участвовал в формировании нервных связей и помогал направлять двигательные нейроны к нужным мышцам. В древних плавниках он отвечал за координацию движений, а позже был «перенастроен» и стал определять тыльную сторону руки. Так механизм, связанный с нервной системой, оказался использован для построения сложной анатомии конечностей.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что генетикам придется «отредактировать» человека для жизни на Марсе.
