Завдяки серії дослідів з генною модифікацією науковці відстежили еволюційне походження людського зовнішнього вуха до зябер прадавніх риб.
Людське зовнішнє вухо, ймовірно, походить від зябер стародавніх риб. (Зображення надано: A. Martin UW Photography/Getty Images (ліворуч); Фотограф, Basak Gurbuz Derman/Getty Images (праворуч)) Підпишіться на нашу розсилку
Нове дослідження показало, що людські зовнішні вуха, можливо, еволюціонували із зябер доісторичних риб.
Експерименти з редагування генів вказують на те, що хрящ у риб’ячих зябрах мігрував у слуховий прохід мільйони років тому під час нашої еволюції. Заглиблюючись у минуле, наші зовнішні вуха можуть мати еволюційне коріння у древніх морських безхребетних, таких як мечохвости, стверджують науковці.
Дослідники вже знали, що наші середні вуха, кожне з яких розміщене за барабанною перетинкою та складається з трьох крихітних кісток, утворилися зі щелепних кісток древніх риб. Цей приклад еволюції, яка перетворює та змінює призначення анатомічних структур, «змусив нас замислитися, чи хрящове зовнішнє вухо також могло походити з певної структури предків риб», — сказав Крамп.
Наші зовнішні вуха та зовнішні вуха інших ссавців складаються з підтипу хряща, званого еластичним хрящем. Він більш гнучкий, ніж гіаліновий хрящ або волокнистий хрящ, які знаходяться відповідно в людському носі та в дисках між хребцями.
Ключем до відстеження походження людських зовнішніх вух від риб стало виявлення того, що еластичний хрящ також є в риб’ячих зябрах. «Коли ми започаткували дослідження, існувало дуже мало інформації про те, чи існує еластичний хрящ поза межами ссавців», – сказав Крамп.
Дослідники використовували білкові барвники, щоб продемонструвати, що зябра даніо реріо (Danio rerio), атлантичного лосося (Salmo salar) та трьох інших видів риб містять еластичний хрящ. Всі ці види є сучасними кістковими рибами, що вказує на те, що еластичний хрящ є звичайною ознакою даної групи, згідно з дослідженням, опублікованим 9 січня в журналі Nature.
Згодом науковці перевірили еволюційний зв'язок між еластичним хрящем у риб’ячих зябрах та зовнішніми вухами ссавців. Еластичний хрящ погано зберігається у викопних рештках, тому дослідники натомість використовували молекулярні підказки. Вони шукали елементи контролю генів, звані «енхансерами» — короткі послідовності ДНК, які можуть активізувати пов'язані гени, коли зв'язуються зі специфічними білками.
Елемент гена, що контролює розвиток зовнішнього вуха людини, демонструє активність у зябрах (зелений колір) рибки даніо реріо. (Зображення: Mathi Thiruppathy/Crump Lab/USC Stem Cell)
Оскільки генетичні енхансери є високотканиноспецифічними, дослідники можуть легко визначити, де саме ці енхансери активні. Щоб з’ясувати, чи активність енхансерів — а отже, і регулювання генів — є подібною в риб’ячих зябрах і людських зовнішніх вухах, Крамп та його колеги вставили енхансери людського зовнішнього вуха в геноми даніо реріо.
Експеримент спровокував активність у зябрах даніо реріо, що вказує на зв'язок між генами-предками в людських зовнішніх вухах та риб’ячих зябрах. Згодом дослідники провели експеримент у зворотному порядку: вони вставили енхансери, пов'язані із зябрами даніо реріо, в геноми мишей та виявили активність у зовнішніх вухах мишей.
За допомогою іншої серії експериментів з пуголовками та зеленими анолісовими ящірками (Anolis carolinensis) група дослідників показала, що амфібії та рептилії також успадкували структуру зябер та вух від риб. У ящірок активність енхансерів спостерігалася у слуховому проході, що свідчить про те, що еластичний хрящ почав переміщатися із зябер до зовнішнього вуха до того часу, як рептилії з'явилися на Землі близько 315 мільйонів років тому.
«Наші висновки свідчать про те, що елементи програми розвитку зябер предків були повторно використані багато разів протягом еволюції хребетних для створення різноманітних структур зябер та вух», – пишуть дослідники у дослідженні.
Врешті-решт, команда виявила підсилювач у клітинах мечохвостів, який викликав активність у зябрах даніо реріо. Мечехвостові краби – це «живі скам'янілості», що виникли близько 400 мільйонів років тому, і це відкриття свідчить про те, що наші зовнішні вуха можуть мати набагато глибше еволюційне походження, ніж вважалося раніше.
Хоча необхідні додаткові дослідження, щоб підтвердити, наскільки глибоко сягає це коріння, «ця робота відкриває нову главу в еволюції вуха ссавців», — сказав Крамп.
Sourse: www.livescience.com