В ходе эволюции четвероногих положение задних конечностей изменилось вместе с позвоночной формулой, которая представляет собой количество мелких костей, образующих позвонок. Тетраподы, как следует из названия, - это виды, у которых четыре ноги. Однако в эту группу также входят многие другие животные без четырех или вообще ног, такие как змеи и птицы. Это потому, что к четвероногим относятся все организмы, живые и вымершие, которые произошли от последнего общего предка амфибий, рептилий и млекопитающих, даже если они вторично потеряли свои «четыре ноги».
Хотя исследователи давно изучают анатомию четвероногих, остается неясным, как формируется видоспецифичное положение частей тела этих видов - например, положение задних конечностей вдоль тела - в раннем развитии. Разгадка этой тайны станет важным шагом в эволюционной биологии.
Эта важная часть головоломки наконец была найдена группой исследователей из Университета Нагоя в Японии. Исследователи продемонстрировали, что белок под названием GDF11, участвующий в эмбриональном развитии, играет жизненно важную роль в возможном положении крестцовых позвонков и задних конечностей. Результаты исследования были опубликованы в июле 2017 года в журнале Nature Ecology & Evolution..
«Мы заметили, что у лабораторных мышей, не вырабатывающих белок GDF11, крестцовые позвонки и задние конечности больше смещены назад», - сказал Ёсиюки Мацубара, научный сотрудник Отделения биологических наук и первый автор исследования. исследование.
Чтобы прийти к такому выводу, исследовательская группа начала с анализа паттерна экспрессии интересующего гена и изучения взаимосвязи между паттерном и предполагаемым положением позвоночника и задних конечностей на разных стадиях развития у куриных эмбрионов. Затем они проверили, можно ли управлять положением задних конечностей, изменяя время активности GDF11 у эмбрионов. Наконец, чтобы полностью выяснить роль GDF11 в диверсификации положения задних конечностей у четвероногих, команда изучила корреляцию между экспрессией Gdf11 и положением задних конечностей у восьми видов четвероногих, включая африканскую когтистую лягушку, китайскую мягкотелую черепаху, геккона-оцелота, японскую полосатая змея, цыпленок, перепел, эму и мышь.
«Наши результаты также показывают, что видоспецифичное положение задних конечностей могло быть результатом изменения времени или частоты событий в гене, экспрессирующем GDF11, во время эмбрионального развития», - сказал Такаюки Судзуки, последний автор исследования. исследование.
Согласно их выводу, змеи имеют длинный хобот, потому что время инициации экспрессии Gdf11 на стадии развития намного позже, чем у других видов четвероногих.
Основываясь на нынешних наблюдениях, исследователи предложат модель, объясняющую взаимосвязь положения крестца и задних конечностей в эволюции четвероногих. Это приведет к более глубокому пониманию диверсификации положения задних конечностей четвероногих в зависимости от линии происхождения, что является ценной информацией в области эволюции.