Рассказ предка

Этим вопросом занялся Питер Холланд и его коллеги. Полученные результаты полностью оправдали затраченные усилия. Оказалось, что блочный план строения тела ланцетника управляется четырнадцатью Hox-генами, которые выстроены в правильном порядке вдоль хромосомы. Как и у дрозофилы (но не как у мыши), эти гены образуют одну серию – а не четыре параллельных. Предположительно весь кластер когда-то дуплицировался четыре раза на линии, ведущей от сопредка № 23 к современным животным, что сопровождалось случайными потерями некоторых генов.

Hox-гены найдены у всех изученных животных, кроме гребневиков и губок (рандеву №№ 29, 31). Они есть у морских ежей, мечехвоста, креветок, моллюсков, кольчатых червей, кишечнодышащих, асцидий, нематод и плоских червей. Это неудивительно, учитывая, что все эти животные произошли от сопредка № 26. Поэтому у нас есть веское основание полагать, что у сопредка № 26 и его потомков – дрозофилы и мыши – тоже были Hox-гены.

Стрекающие, например гидра (см. рандеву № 28), радиальносимметричные, то есть у них нет ни передне-задней, ни дорсовентральной оси. У них есть лишь орально-аборальная ось. Что именно у них соответствует длинной оси, непонятно, поэтому неясно, чего ждать от их Hox-генов. Было бы здорово, если бы они предназначались для определения орально-аборальной оси, но мы не знаем, так ли это. У большинства кишечнополостных два Hox-гена, а не 8, как у дрозофилы, и не 14, как у ланцетника. Принято считать, что один из двух генов похож на передний комплекс дрозофилы, а другой – на задний. У сопредка № 28, который объединяет нас с кишечнополостными, предположительно было так. У его потомков один из двух генов несколько раз дуплицировался и образовал кластер Antennapedia, а второй – кластер Bithorax. Именно так гены размножаются в геноме (см. “Рассказ Миноги”). Однако чтобы понять, какую роль играют эти два гена в формировании тела кишечнополостных, необходимы дальнейшие изыскания.

Иглокожие, как и кишечнополостные, обладают радиальной симметрией, однако у них эта симметрия вторична. Сопредок № 25, который объединяет их с позвоночными, был двусторонне-симметричным, как червь. У иглокожих число Hox-генов варьирует: например, у морских ежей их десять. Что делают эти гены? Не скрываются ли в теле морской звезды следы предковой передне-задней оси? Или Hox-гены работают последовательно вдоль каждого из пяти ее лучей? Звучит вполне логично. Мы знаем, что Hox-гены экспрессируются в задних и передних конечностях млекопитающих. Я не хочу сказать, что Hox-гены от 1 до 13 экспрессируются по порядку от плеча до кончиков пальцев. Все гораздо сложнее, потому что конечность позвоночного не составлена из блоков. Она устроена так: сначала одна кость (плечевая в руке, бедренная в ноге), затем две кости (лучевая и локтевая в руке, большая и малая берцовые в ноге) и много маленьких косточек, последние из которых составляют пальцы рук и ног. Веерное расположение костей унаследовано от рыб и не сводится к прямолинейности Hox-генов. Однако Hox-гены все же участвуют в развитии конечностей позвоночных.

Поэтому не было бы удивительно, если бы Hox-гены экспрессировались в лучах морской звезды или офиуры (даже морских ежей можно представить как морские звезды, лучи которых завернулись вверх и, соединившись, сложили пятиконечный свод). Более того, лучи морских звезд, в отличие от наших рук и ног, имеют модульный план строения. Амбулакральные ножки с их гидравлической системой представляют собой блоки, которые повторяются двумя параллельными рядами вдоль каждого луча: как раз то, что нужно для экспрессии Hox-генов! А щупальца офиур и вовсе выглядят как пять червяков.

Гексли писал о “вечной трагедии науки – неприглядные факты убивают красивую гипотезу”. Факты касательно Hox-генов иглокожих, пожалуй, не назовешь неприглядными, однако они не укладываются в красивую схему. Здесь происходит нечто, неожиданно отличающееся красотой. У иглокожих крошечные двустороннесимметричные личинки, плавающие в планктоне. Донные взрослые особи с пятисторонней радиальной симметрией не развиваются из личинки. Они начинают формироваться в виде миниатюрной взрослой особи внутри тела личинки. Эта особь растет до тех пор, пока остальная часть личинки не будет отброшена. Hox-гены у растущей особи экспрессируются в правильном линейном порядке, но не вдоль лучей. Порядок экспрессии следует круговым маршрутом вокруг тела маленькой взрослой особи. Иными словами, если представить Hox-ось в виде “червя”, то у иглокожих не будет пяти “червей” – по одному на луч. У них лишь один “червь”, скрученный в кольцо внутри личинки. На переднем конце “червя” вырастает луч № 1, на заднем конце – № 5. Поэтому гомеозисная мутация у морской звезды должна приводить к появлению избыточных лучей. Так оно и есть, и мутантные морские звезды с шестью лучами описаны в книге Бэтсона. Существуют также виды морских звезд, имеющих гораздо большее число лучей. Предположительно они эволюционировали от предков с гомеозисными мутациями.