Исследователи Центра динамики биосистем RIKEN (BDR) и их сотрудники впервые описали развитие внутреннего уха миксины. Опубликованное в журнале Nature исследование представляет новую историю эволюции внутреннего уха, которая началась с последнего общего предка современных позвоночных.
Сравнение органов у родственных животных может быть полезным при попытке понять эволюционный процесс и, в конечном счете, поможет нам лучше понять органогенез - процесс, посредством которого развиваются органы. Эта основополагающая философия помогла совместными усилиями по изучению внутреннего уха под руководством Сигеру Куратани в RIKEN BDR.
История начинается с различия между челюстными и бесчелюстными позвоночными. Челюстные позвоночные, такие как люди, имеют внутреннее ухо с тремя полукружными каналами, которые позволяют нам ощущать свое положение и сохранять равновесие в мире, и особенно ощущать трехмерное ускорение. Летопись окаменелостей показывает, что у группы бесчелюстных рыб палеозойской эры было только два полукружных канала. Чтобы понять эволюционные изменения, которые привели к трем каналам, команда изучила единственные два типа бесчелюстных позвоночных, которые все еще существуют на земле: миног и миксин..
Считается, что у миног два полукружных канала, а у миксины только один. Однако миксины больше не считаются более примитивными, чем миноги. Серия молекулярно-биологических экспериментов смогла внести ясность в этот вопрос. Анализ регуляторных генов, контролирующих развитие полукружных каналов, показал, что основной паттерн развития внутреннего уха сходен у всех позвоночных, включая миног и миксин. Ключевые гены, такие как Tbx1 и Patched, экспрессировались в одних и тех же местах в одно и то же время у всех трех типов позвоночных.
Передний и задний каналы челюстных позвоночных, по-видимому, генетически гомологичны передней и задней частям канала миноги, в то время как структура одного канала миксины, вероятно, является эволюционным признаком, а не примитивным состоянием. Отличие челюстных рыб от беззаконных заключается в наличии общей голени - структуры, соединяющей передний и задний каналы у челюстных позвоночных. Текущее исследование не смогло определить, является ли общая ножка чем-то, что появилось у челюстных позвоночных, или чем-то, что было утрачено у бесчелюстных позвоночных.
Дальнейший анализ был сосредоточен на гене Otx1. Этот ген необходим для правильного развития латерального канала, третьего канала, уникального для челюстных позвоночных. Исследователи обнаружили, что, несмотря на отсутствие латерального канала, миноги и миксины экспрессировали Otx1 в нужном месте во время развития. Это было несколько неожиданно, так как считалось, что его выражение было пришествием, которое привело к эволюции латерального канала. Вместо этого оказывается, что экспрессия Otx1 в слуховом пузырьке является древней особенностью всех позвоночных.
Более полное понимание будет возможно, если провести исследования с животными, которые представляют линии до того, как челюстные и бесчелюстные позвоночные разошлись.