Мультфильмы, иллюстрирующие эволюцию, изображают ранних позвоночных, создающих первичные конечности, когда они впервые выходят на сушу. Но новые находки показывают, что некоторые из этих первых амбулаторных существ, возможно, остались под водой, породив потомков, которые сегодня демонстрируют поведение при ходьбе по дну океана. Результаты появятся 8 февраля в журнале Cell..
«Принято считать, что способность ходить возникла в результате перехода позвоночных из моря на сушу», - говорит старший автор Джереми Дасен, нейробиолог отдела нейробиологии и физиологии Нью-Йоркского университета. Школа медицины.«Мы были удивлены, узнав, что некоторые виды рыб также могут ходить. Кроме того, они используют нейронную и генетическую программу развития, которая почти идентична той, которая используется высшими позвоночными, включая человека».
Исследователи сосредоточились на развитии нервной системы рыбы, называемой маленьким скатом (Leucoraja erinacea). Родственники акул и скатов, эти хрящевые рыбы считаются одними из самых примитивных позвоночных, мало изменившихся по сравнению со своими предками, жившими сотни миллионов лет назад.
Маленькие коньки имеют два набора плавников: большие грудные плавники, которые они используют для плавания, и меньшие брюшные плавники, которые они используют для ходьбы по дну океана. Предыдущие исследования показали, что эти рыбы используют чередующиеся движения влево-вправо при ходьбе, подобные движениям, используемым животными, которые ходят по суше, что делает их ценной моделью для изучения.
Исследователи использовали технологию, называемую секвенированием РНК (RNA-seq), чтобы оценить репертуар генов, которые экспрессируются в моторных нейронах скатов. Они обнаружили, что многие из этих генов сохраняются у скатов и млекопитающих. Кроме того, они обнаружили, что в двигательных нейронах конька присутствуют подтипы нейронов, необходимые для управления мышцами, регулирующими сгибание и разгибание конечностей. «Эти результаты показывают, [что] генетическая программа, которая определяет способность нервов в спинном мозге соединять мышцы, на самом деле возникла на миллионы лет раньше, чем мы предполагали, - говорит Дасен. «Движение с помощью плавников и ходьба используют одну и ту же программу развития».
Открытие вышло за рамки нервов, управляющих мышцами. Исследователи также посмотрели на более высокий уровень схемы - интернейроны, которые соединяются с двигательными нейронами и приказывают им активировать мышцы. Интернейроны собираются в цепи, называемые центральными генераторами паттернов (CPG). CPG определяют последовательность, в которой активируются различные мышцы, тем самым контролируя передвижение.«Мы обнаружили, что интернейроны, почти дюжина типов, также высоко консервативны у скатов и наземных млекопитающих», - говорит Дасен.
Команда Дасена планирует использовать маленькие коньки для изучения того, как моторные нейроны соединяются с другими типами нейронов и как они регулируются. «Трудно изучать схемы, которые контролируют ходьбу у высших организмов, таких как мыши и цыплята, потому что существует гораздо больше мышц и типов нейронов, которые обеспечивают это поведение», - говорит он. «Мы думаем, что этот вид послужит полезной модельной системой для продолжения изучения нервов, которые контролируют ходьбу, и того, как они развиваются».