Два новых исследования эволюционного происхождения зубов и позвонков еще больше проливают свет на связь человека с морскими организмами, которая насчитывает миллионы лет. Оба исследования маленького ската (Leucoraja erinacea) опубликованы на этой неделе Дж. Эндрю Гиллисом и Кэтрин Крисвелл из Кембриджского университета, Великобритания, которые проводят исследования в качестве ученых Центра Уитмена в Морской биологической лаборатории (MBL) в Вудс-Хоул.
В первой статье Proceedings of the National Academy of Sciences Гиллис и Крисвелл подтверждают давнее предположение о том, что зубы и чешуя акул и скатов имеют общее эволюционное происхождение. Более того, их результаты показывают, что у древних рыб было несколько слоев внешней брони, которые эволюционировали в различные типы чешуи, которые мы видим сегодня.
Вторая статья, опубликованная в Proceedings of the Royal Society B, посвящена формированию позвоночника у общего предка всех челюстных позвоночных.
Откуда у тебя эти зубы?
Чешуя и зубы рыб схожи по структуре, материалу и генетическому выражению. Сходства настолько сильны, что исследователи давно предполагали, что они должны быть связаны. Но исследования других показали, что чешуя рыбок данио больше связана с опорно-двигательным аппаратом, а не с тканями, из которых формируются зубы. Гиллис, однако, считал, что этот вопрос нуждается в дополнительном рассмотрении.
«Чешуя акул и скатов сильно отличается от чешуи данио [и других] видов костистых рыб», - сказал он. «Мы задались вопросом, могут ли они иметь другой тип чешуи и другое эмбриональное происхождение, более тесно связанное с зубами».
Зубы формируются из особой группы клеток, расположенных на вершине (или «гребне») нервной трубки, эмбриональной ткани, которая со временем становится головным и спинным мозгом. Гиллис предположил, что эти клетки нервного гребня также формируют чешуйки акул и скатов.
В MBL команда ввела в нервную трубку эмбриональных скатов флуоресцентный краситель, который прилипал к клеткам нервного гребня. Этот краситель оставался в клетках, когда они делились и перемещались из нервной трубки, образуя различные части тела ската. Клетки, превратившиеся в чешуйки, действительно были помечены флуоресцентным красителем, что указывало на то, что они произошли от клеток нервного гребня.
Исследование лаборатории Гиллиса в сочетании с более ранними выводами о том, что чешуя у некоторых костистых рыб больше связана с опорно-двигательным аппаратом, чем с зубами, рисует интересную картину эволюции чешуи.
«Предки челюстных позвоночных… имели большую костную броню на внешней стороне тела, состоящую из того же материала, из которого сделаны зубы, называемого дентином», - сказал Гиллис. Под этой дентиновой броней был другой, более костный слой. Он предполагает, что разные слои этой брони были утрачены у разных рыб: дентинный слой стал чешуей акул и скатов, а костный слой стал чешуей таких животных, как рыбки данио..
Он надеется продолжить изучение этой идеи на бичирах, группе рыб, сохранивших оба слоя. «Это просто показывает, что не все весы одинаковы», - сказал он.
Отращивание позвоночника
Во второй статье Крисвелл и Гиллис сосредоточились на эволюции позвоночной ткани.
«Позвоночник обеспечивает защиту спинного мозга и поддержку конечностей и головы. Но, несмотря на эту важную роль, форма и строение позвоночника значительно различаются у разных животных», - сказал Крисвелл. «Эта вариация заставила нас задуматься о том, как самые ранние позвоночные строили свой позвоночник».
У всех наземных позвоночных (включая человека) шипы формируются только из одной группы клеток, называемых сомитами. Однако лучепёрые рыбы формируют свой позвоночник как из сомитов, так и из отдельной клеточной популяции, называемой хордобластами. Крисвелл и Гиллис решили изучить развитие позвоночника у скатов, которые являются хрящевыми рыбами - дальними родственниками как наземных позвоночных, так и лучеперых рыб.
Работая в Морской биологической лаборатории, Крисвелл использовал флуоресцентное отслеживание клеток, чтобы определить, что скаты формируют свои шипы только из сомитов. Поскольку две из трех родственных групп используют только сомиты в развитии позвонков, Крисвелл пришел к выводу, что общий предок всех челюстных позвоночных имел позвоночник, полученный из сомитов. У рыб с лучистыми плавниками позже развился несколько иной метод формирования позвоночника.
«Интересно думать, что развитие позвоночника у акул и скатов больше похоже на развитие человека, чем у костистых рыб, таких как данио и лосось. Это опровергает старое представление об акулах и скатах как о «примитивных» рыбах», - сказал Крисвелл. «Как мы обнаружили здесь, эти процессы развития до сих пор используются для построения скелетов многих групп позвоночных, включая человека."