Изучая эволюцию организмов, биологи рассматривают большинство признаков или особенностей как производные от какой-то более ранней версии, уже присутствовавшей у их предков. Немногие черты считаются действительно «новаторскими».
Насекомые были бескрылыми, потом крылатыми. Животные были слепы, потом у них были глаза.
А в учебниках биологии новизна имеет строгое определение: она не должна иметь никакого отношения ни к какой структуре, обнаруженной у предка, ни к какой-либо другой части тела в организме. Согласно этому определению, грудные плавники дельфина не являются чем-то новым, потому что они представляют собой видоизмененные передние конечности, которые уже существовали.
Однако некоторые эксперты утверждают, что это создает проблему, поскольку означает, что новизна должна, казалось бы, возникать из ничего. Он должен «вспыхнуть на ровном месте» в эволюционном времени.
Теперь появились доказательства - в исследовании, опубликованном 21 ноября в журнале Science - которые освещают, как могут развиваться новые вещи. Более того, это свидетельство пришло из неожиданного источника: маленького, но харизматичного навозного жука.
«Навозные жуки - очаровательные существа», - сказал Армин Мочек, старший автор исследования и профессор кафедры биологии Блумингтонского колледжа искусств и наук. Среди их многих качеств одна структура поместила их в центр дискуссий о новизне среди исследователей. Этой структурой является их грудной рог, который считается хрестоматийным примером эволюционной новизны. Это связано с тем, что грудной рог уникален для рогатых жуков и, по-видимому, не имеет никакого отношения к какой-либо другой структуре животного.
Однако сейчас это мнение меняется.
Новое исследование под руководством IU, которое представлено на обложке журнала, предоставляет доказательства того, что формирование грудного рога управляется той же основной сетью генов, которая привела к эволюции крыльев насекомых: структуры полета, которые существуют на соседних грудных сегментах. Фактически, эта древняя генная сеть предшествует не только крыльям и рогам; он уже существовал до того, как появились насекомые, и в каждом сегменте по всему телу.
«Эта работа заставляет нас переосмыслить то, что мы подразумеваем под «новизной», - сказал Мочек. «Каждый сегмент насекомого обладает этой генной сетью, и, как таковая, это древняя особенность их строения. Тем не менее, то, что каждый сегмент делает с этой сетью, настолько поразительно изменчиво, что может давать черты, которые на первый взгляд не имеют ничего общего., как крылья и рога."
Чтобы провести исследование, Мочек вместе с ведущими авторами Йонггангом Ху и Дэвидом М. Линцем сбили различные гены в этой «сети генов крыльев» у трех разных видов жуков: Onthophagus sagittarius, O. taurus, O., бинодис. У всех трех видов исследователи с удивлением обнаружили, что деактивация генов в сети существенно влияет не только на формирование крыльев, но и на грудные рога, вызывая их редуцирование или полное отсутствие..
Они также показали, что могут манипулировать другими генами и заставлять рога трансформироваться в «эктопические» крылья - или дополнительные крылья на неправильной части тела - что предоставило дополнительные доказательства того, что грудные рога и крылья были взаимозаменяемыми, альтернативными. выходы одной и той же генной сети.
Эта работа выходит за рамки только навозных жуков и их грудных рогов.
«Этот сегмент тела насекомых, первый грудной сегмент, является тем, что мы называем «горячей точкой» морфологических инноваций у насекомых», - сказал Мочек.«Он таит в себе множество действительно разнообразных морфологических признаков: рога у жуков, шлемы у цикад, боковые выступы кружевных жуков и многое другое..
"Эти новые данные являются важными, поскольку они предполагают, что все это огромное разнообразие, все эти новшества на самом деле могут быть обеспечены единственной генной сетью, которая использовалась миллионы лет назад для формирования летательных крыльев на других телах. сегменты."
Ху, Линц и Мочек добавили, что эти результаты способствуют растущему призыву пересмотреть полезность определения морфологической новизны как отсутствия родства с другими структурами. Скорее, эта работа предполагает, что новизна может возникнуть благодаря такой родственности, и, соответственно, определения того, что представляет собой новизна, должны быть пересмотрены в учебниках..