Первые четырехногие, живущие на земле существа – известный как ранние четвероногие животные – развились из рыбы, после преобразования плавников в конечности. Эта эволюция плавника к конечности – решающее, все же до сих пор нерешенное, пример того, как морфологические изменения могут существенно изменить жизнь на Земле. Теперь, исследователи в Токийском технологическом институте и CRG, вместе с учеными по Японии и Испании, показали, как генетические изменения, управляющие копированием скелетных структур в плавниках, возможно, привели к эволюции конечностей и повышению ранних четвероногих животных.Передние конечности четвероногого животного развились из грудных плавников наследственной рыбы.
Эти плавники содержат три или больше основных кости, связанные с грудным (плечо) пояс. Однако большинство основных костей, расположенных в предшествующей стороне (т.е. стороне большого пальца в человеческой конечности), было потеряно у ранних четвероногих животных, и только самая задняя кость осталась как «плечевая кость (т.е. плечо людей)».Грудные плавники catsharks также содержат три основных кости, как замечено у наследственной рыбы.
Таким образом команда исследовала финансовое развитие catsharks и показала, что было изменение в балансе предшествующих (сторона большого пальца) и следующее (сторона мизинца) области в их финансовых зародышах по сравнению с этим в зачатках конечности мыши.Ключевой белок регулятора, управляющий балансом предшествующих и следующих областей зачатков конечности четвероногих животных, является Gli3.
Этот белок выражен в предшествующей части зачатков конечности и регулирует выражение многих генов, предоставляющих клеткам информацию об их положении вдоль предшествующей следующей оси. Например, Alx4 и Pax9 выражены в небольшой площади предшествующей части зачатка конечности, в то время как Hand2 выражен в большой площади следующей области.Чтобы определить, произошли ли изменения в балансе предшествующей и следующей области во время эволюции плавника к конечности, Onimaru, постдокторский исследователь в настоящее время в лаборатории Шарпа (CRG) и его коллегах тщательно сравнили выражение, функцию и регулирование генов, вовлеченных в предшествующее следующее копирование в грудных плавниках catsharks, с теми из мышей. Они нашли, что в грудном плавнике catshark эмбрионов выражение Gli3 было усилено сзади, и баланс предшествующих и следующих областей был перемещен.
Это указывает, что главное генетическое изменение (posteriorisation) произошло как развитые четвероногие животные.Кроме того, они нашли, что catshark геном испытал недостаток в последовательности, найденной у мышей и других четвероногих животных, который ответственен за предотвращение выражения Gli3 в следующей части четвероногих зачатков конечности. Как известный ген-репрессор, ограничение Gli3 к предшествующему может привести к потере скелетной структуры в этой области. Когда исследователи экспериментально «posteriorised» зародыши грудного плавника catsharks, плавники потеряли предшествующие скелетные элементы и показали единственную кость, связанную с грудным поясом, как замечено в окаменелости грудные плавники Tiktaalik.
Эти результаты предполагают, что одним из ключевых генетических событий во время эволюции плавника к конечности было изменение баланса предшествующих и следующих областей («posteriorisation») и потеря предшествующих скелетных элементов. Дальнейшее исследование, включающее исследования всего генома, особенно в роль Gli3, поможет исследовать эти результаты более полно.