Без сомнения, морской конек принадлежит Дарвину к «бесконечным самым красивым формам». Его форма тела уникальна. У него нет ни хвоста, ни брюшного плавника, он плавает вертикально, костные пластины укрепляют все его тело, и у него нет зубов, что является редкостью у рыб. Еще одна особенность заключается в том, что самцы морских коньков беременеют. Проект генома, в котором участвуют шесть биологов-эволюционистов из исследовательской группы профессора Акселя Мейера из Констанца и исследователи из Китая и Сингапура, секвенировал и проанализировал геном морского конька с тигровым хвостом. Они получили новые результаты молекулярной эволюции, которые имеют отношение к исследованиям биоразнообразия: потеря и дублирование генов, а также потеря регуляторных элементов в его геноме способствовали быстрой эволюции морского конька. Результаты будут опубликованы на обложке журнала Nature 15 декабря 2016 года.
На вопросы, лежащие в основе секвенирования генома, о том, как возникает разнообразие и какова его генетическая основа, можно великолепно ответить на примере морского конька, поскольку за короткое время у морского конька развились многочисленные уникальные черты. Именно так исследователи под руководством биолога-эволюциониста профессора Акселя Мейера смогли определить генетическую основу исчезновения зубов морского конька: у морских коньков были потеряны несколько генов, которые присутствуют как у многих рыб, так и у людей и способствуют развитию зубов. Морскому коньку больше не нужны зубы из-за особого способа, которым он потребляет пищу. Вместо того, чтобы пережевывать свою добычу, он просто всасывает ее с огромным отрицательным давлением, которое он может создать своей длинной мордой. Та же самая генетическая конфискация относится и к генам, отвечающим за обоняние: морские коньки охотятся визуально и имеют очень хорошее зрение, используя свои глаза, которые могут двигаться независимо друг от друга. Таким образом, обоняние играет лишь второстепенную роль.
Особенно примечательна потеря брюшных плавников. С точки зрения эволюции, они имеют то же происхождение, что и человеческие ноги. Важный ген tbx4, ответственный за эту особенность, обнаружен почти у всех позвоночных, но отсутствует в геноме морского конька. Чтобы проверить функцию этого гена, в дополнение к анализу генома был проведен функциональный анализ. С этой целью соответствующий ген был деактивирован с помощью метода CRISPER-cas у рыбок данио, системы генетической модели. В результате эти рыбы затем лишились и брюшных плавников. Это доказало важность этого гена в «нормальном» развитии брюшных плавников.
В дополнение к потерям генов были также обнаружены дупликации генов в ходе эволюции морского конька. Когда ген дублируется, его копия может выполнять совершенно новую функцию. Вероятно, у морского конька именно так часть вновь созданного гена делает возможной мужскую беременность. Эти гены предположительно регулируют беременность, например, координируя вылупление эмбрионов в выводковой сумке самца. После вылупления эмбриона активируются дополнительные гены. Авторы исследования предполагают, что эти гены способствуют тому, что мальки покидают выводковую сумку самца.
Согласно этому исследованию в журнале Nature, эволюция не только действует посредством изменения основных ролей генов, но также влияет на регуляторные элементы (генетические переключатели) во время эволюции. Регуляторные элементы - это участки ДНК, которые контролируют функцию генов. Некоторые из них практически не изменяются в ходе эволюции, так как выполняют важные регуляторные функции. Но несколько таких неизменных и, казалось бы, важных элементов отсутствуют у морских коньков. Это также и особенно относится к элементам, которые отвечают за типичное развитие скелета у рыб, а также у людей. Вероятно, это одна из причин, почему скелет морского конька так сильно изменился. Например, в нем отсутствуют ребра. Вместо этого его тело бронировано костяными пластинами, которые добавляют прочности и лучшей защиты от хищников. Кроме того, его цепкий закрученный хвост позволяет морским конькам маскироваться и оставаться неподвижными, держась за водоросли или кораллы. Последовательности генома предполагают, что потеря соответствующей регуляторной последовательности привела к этому окостенению.
Благодаря своей особой морфологии морской конек превосходно демонстрирует, как генетические изменения могут привести к эволюционным изменениям отличительных признаков и, следовательно, к лучшему пониманию генетической основы эволюции причудливых и красивых организмов, таких как морские коньки.