Pyton birmański i sekwencja DNA odpowiedzialna za utratę kończyn. Eric Zamora/Florida Museum of Natural History and Martin J. Cohn/University of Florida hide caption
toggle caption Eric Zamora/Florida Museum of Natural History and Martin J. Cohn/University of Florida
Pyton birmański i sekwencja DNA odpowiedzialna za utratę kończyn.
Eric Zamora/Florida Museum of Natural History i Martin J. Cohn/University of Florida
Węże wędrowały po Ziemi na nogach około 150 milionów lat temu, zanim przestawiły się z kłusa na ślizgawkę.
Teraz dwaj naukowcy wskazali proces genetyczny, który spowodował, że węże straciły nogi. Co więcej, twierdzą oni, że „molekularna maszyneria” dla rozwoju nóg nadal istnieje w wężach po tych milionach lat – jest po prostu wyłączona.
Niektóre węże, takie jak pytony, zachowują maleńkie ślady nóg w postaci dwóch małych wypustek po obu stronach miednicy. Naukowcy z Uniwersytetu Florydy, którzy przeprowadzili badania nad wężowymi nogami opublikowane w czwartek w Current Biology skupili się na pytonach do badań.
Jak mówi współautor i profesor genetyki molekularnej Martin Cohn w The Two-Way, gen znany jako Sonic hedgehog jest odpowiedzialny za rozwój kończyn. (Tak, ten gen został nazwany przez entuzjastów gry wideo.)
Badacze z Florydy odkryli, że gen Sonic hedgehog migocze bardzo krótko w embrionach pytonów mających mniej niż 24 godziny. Ten sygnał genetyczny nie został wcześniej wykryty u pytonów.
Cohn mówi, że Sonic hedgehog węży włącza się jak u każdego kręgowca z kończynami, ale potem się wyłącza. „Naprawdę chcieliśmy zgłębić”, mówi, „dokładną naturę przyczyny tego w genomie.”
Wyjaśnia, że u kręgowców z kończynami Sonic hedgehog kontroluje rozwój wielu narządów, nie tylko rąk i nóg. Sekwencje regulacyjne DNA zwane enhancerami kontrolują sposób, w jaki te geny włączają się i wyłączają dla konkretnych części ciała. Bez enhancera dla kończyn, Sonic hedgehog nie mógłby spowodować ich pełnego rozwoju. Naukowcy odkryli, że kilka odcinków DNA w tym enhancerze zostało usuniętych w pewnym momencie podczas ewolucji pytona.
Te same odcinki zostały usunięte w sekwencjach DNA boa dusicieli, mówi Cohn. A wyniki były jeszcze bardziej wyraźne u węży, które nie mają już żadnych śladów nóg, takich jak kobry i żmije. Ich Sonic hedgehog wzmacniacz kończyny był „prawie niewykrywalny”, mówi. „Więc to mówi nam, że nastąpiła sekwencyjna degradacja Sonic hedgehog w kończynach u węży.”
Podsumowując, badanie mówi, że te mutacje wzmacniacza kończyn Sonic hedgehog są odpowiedzialne za zatrzymany rozwój kończyn u pytonów.
Badania przybrały jeszcze bardziej zaskakujący obrót, kiedy naukowcy zbadali aktywność innego genu, zwanego HOXD, który jest zaangażowany w tworzenie palców u rąk i nóg. Badając embriony pytona, „zauważyliśmy wzorzec aktywności tego genu HOXD, który był charakterystyczny dla stopy, co jest naprawdę dziwnym wynikiem, ponieważ pytony nie budują stóp”, mówi Cohn.
A potem, mówi Cohn, on i jego współpracownik Francisca Leal znaleźli to: Embrionalne pytony „tworzą przedchrzęstny model wszystkich elementów szkieletowych kończyny. … Zaczynają formować kompletną nogę aż do stopy.”
„To było absolutnie zdumiewające, ponieważ to było jak rozwój szkieletu kryptycznej nogi w embrionie”, mówi, dodając, że zmutowany Sonic hedgehog limb enhancer ostatecznie nie pozwala tej kryptycznej kończynie rosnąć.
Cohn mówi, że to wskazuje na interesujące implikacje dotyczące sposobu w jaki węże ewoluowały przez miliony lat:
„Istnieje wiele kopalnych węży z nogami. Paleontolodzy twierdzą, że niektóre z tych starożytnych węży zachowały nogi swoich przodków, podczas gdy inne gatunki wyewoluowały po utracie nóg, a zatem mogły je ponownie nabyć.”
Może to wynikać z faktu, że pytony zachowały wiele molekularnej maszynerii do tworzenia kończyn, według Cohna.
„To fascynujące – jak można ponownie rozwinąć strukturę, która została utracona? To dość rzadkie”, mówi.
„Ale to, co mówią nam te wyniki, to fakt, że być może nie był to tak trudny proces, jak mogłoby się wydawać. Nie musieli wymyślać kończyn od nowa. Już w embrionie następuje niezwykły rozwój kończyn i jeśli tylko zachowasz te struktury embrionalne i pozwolisz im dokończyć rozwój szkieletu, będziesz miał nogi.”