Утки тоже делают «это». Путешествие во времени к истокам сексуальности

Сегодня, чтобы узнать больше о нашем происхождении, мы можем прибегнуть к двум вещам. Во-первых, пойти на раскопки и найти окаменелости, которые откроют нам новые сведения о том, как примитивные наборы костей трансформировались из одного вида в другой. Находки вроде Tiktaalik или Materpiscis являют собой хорошие примеры, рассказавшие важные детали о ранних стадиях эволюции животных. Во-вторых, можно изучить эволюцию по сведениям, полученным из наших собственных генов. Наша ДНК, являющаяся, в сущности, крошечной частью гена, – настоящее сокровище прошлого для исследователя эволюции. Эта область науки зовется «эволюционной биологией развития». Она изучает развитие животных методом анализа стадий развития их зародышей, стараясь выявить соответствие генов процессам, за которые они отвечают.

Действительно большим прорывом современной эволюционной биологии стало открытие гомеобоксных генов (часто называемых хоксами), которые определяют последовательность построения организма. В сущности, они являются сочетанием инструментов и плана создания нашего тела и начинают работать, как только яйцеклетка оплодотворена и клетки начинают делиться.

Действительно значимые прорывы в науке часто отмечаются присуждением Нобелевской премии, и в 1995 году премия в области медицины досталась профессору Эдварду Льюису, Кристиану Нюссляйну-Фольхарду и Эрику Ф. Вишаусу «за открытие генетического управления ранними стадиями развития эмбриона», то есть хокс-генов. Они начали поиск загадочных генов-строителей в 1970-х. Чтобы выявить, за что отвечают определенные гены, они кормили дрозофил веществами, вызывающими генетическую мутацию. К началу 1980-х были обнаружены ключевые гены, отвечавшие за построение тела дрозофил. Эти гены были названы гомеобоксными, или хокс-генами. Эд Льюис установил, что хокс-гены распределены в хромосомах в порядке, соответствующем частям тела, за которые они отвечают. Ошеломляющим стал тот факт, что многие из генов, присутствовавших у дрозофил, были обнаружены и у других животных и играли у них схожую роль, отвечая за развитие тех же частей тела, будь то морские ежи, лягушки, мыши или люди. Это открытие стало великолепным примером общности происхождения всего живого.

Так каким же образом все это связывает нас с плакодермами? Так вот, в 1993 году Клифф Табин из Гарварда установил, что один из хокс-генов, названный им «hedgehog» («еж»), отвечал за развитие наших конечностей. Когда позже он обнаружил соответствующий «еж» и для курицы, немного отличавшийся от человеческого, Клифф назвал его «sonic hedgehog» в честь компьютерного персонажа. Ген «sonic hedgehog», сокращенно – «shh», отвечает за развитие конечностей позвоночных, в частности пальцев на наших ногах. После того как этот ген был найден у всех животных с пальцами на ногах, от лягушек до людей, другая группа исследователей под руководством профессора Нила Шубина смогла обнаружить тот же ген у рыб (которые, конечно, не обладают пальцами). Доктор Рэнди Дан и Нил Шубин также нашли его у акул и костных рыб. Суть их открытия заключалась в том, что, хотя ген «shh» и отвечает за развитие пальцев, он тем не менее вносит свой вклад в развитие конечностей как таковых.

В 2007 году группа Дана опубликовала в Nature статью, в которой говорилось, что после трансплантации ткани мыши с геном «shh» в плавник детеныша ската было обнаружено, что ген сыграл в его организме такую же роль, как и у мыши: у ската-мутанта выросли новые плавниковые хрящи разной формы, и его грудной плавник стал по своему строению напоминать руку.

Диаграмма показывает основные этапы развития мужской половой системы позвоночных, от двойных костных кластеров (у панцирных рыб) до одиночного пениса млекопитающих, некоторых птиц и рептилий. На протяжении эволюции пенис неоднократно утрачивался и затем вновь появлялся у различных видов, в соответствии с потребностями. Те же хокс-гены, что отвечают за построение кластеров у акул и древних панцирных рыб, видимо, отвечают и за создание наших половых органов. (Джон Лонг)

Из этих и других экспериментов в области эволюционной биологии мы знаем, что все конечности, вернее, все придатки, будь то конечности или плавники, нуждаются для развития в гене «shh». Этот ген найден у всех существующих сегодня челюстных рыб, акул и скатов, а значит, он восходит своими корнями к самому началу нашего развития, к той эпохе, когда конечности только начали появляться, когда их план уже существовал в глубине ДНК, но действовал еще слабо.

Совместное изучение эволюционной биологии и ископаемых свидетельств перевернуло наше понимание превращения рыб в первых наземных животных. Открытие хокс-генов смогло лучше объяснить почти симметричное строение пальцев рук и ног ранних тетраподов (в противоположность поздним тетраподам, у которых все пять пальцев были разного размера). Таким образом, время активации определенных генов можно привязать к найденным останкам.