Баклан прохлопал реснички и не взлетел

Галапагосский нелетающий баклан (Phalacrocorax harrisi) – яркий пример эволюционного тренда, о котором мы недавно писали. Это единственный представитель семейства баклановых, утративший способность к полету: его крылья достигают лишь трети той длины, что необходима для подъема в воздух его достаточно грузного тела (этот баклан еще и самый крупный во всем семействе). К пониманию клеточно-молекулярных механизмов отказа баклана от полета приблизились биологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США), представившие результаты своей работы на конференции «Биология геномов» в мае.

7699524138_e55de469d3_b

Сравнив ДНК галапагосских бакланов с летающими родственными видами, ученые выявили свыше 23 тысяч отличий в более 12 тысячах генов. Изменения эти случились в последние 2 млн лет – по эволюционным меркам совсем недавно. Большая часть этих генов, вероятно, не имеет отношения к размеру крыльев, но с помощью компьютерной программы, предсказывающей влияние мутаций в генах на выполняемые ими функции, биологи смогли вычленить небольшую кучку генов, особенно сильно повлиявших на эволюцию галапагосских бакланов и претерпевших наиболее значительные изменения.

Дабы определить, что эти гены творят с бакланами, ученые обратились к их человеческим версиям и увидели, что мутации в восьми из них приводят к патологиям конечностей из-за дефектных ресничек. Наверно, вы уже представили себе, как чересчур увесистые или наточенные реснички-мутанты, падая с глаз, травмируют вам руки-ноги, а то и вовсе отрезают. Но спешим прервать поток лихих фантазий: речь здесь идет о первичных ресничках – особых волосковидных неподвижных органеллах, которые растут почти из каждой клетки тела и служат своеобразными антеннами, принимающими химические сигналы, важные для развития и правильного функционирования клеток.

Нормальные версии тех восьми генов позволяют первичным ресничкам воспринимать сигналы от белка семейства hedgehog, играющего ключевую роль в формировании органов тела. Эти гены столь важны для нормального онтогенеза, что эволюция не позволяла им особо меняться на протяжении 300 млн лет! И тут пришел баклан. Еще три гена, мутантных у галапагосской птицы, оказывают влияние на другие характеристики первичных ресничек. У людей мутации в обсуждаемых 11 генах приводят к укорочению конечностей и ребер, возникновению лишних пальцев и другим телесным странностям.

Один из этих генов – CUX1, его белок регулирует другие гены, и у позвоночных – от примитивных целакантов до высокоразвитых людей – он практически идентичен. А вот у галапагосского баклана данный белок утратил четыре аминокислоты и, вероятно, поэтому не может исполнять свою работу либо делает это не очень успешно. Цыплята с дефектным CUX1 вылупляются с короткими крыльями – бакланов мутант, видать, тоже не включает гены роста конечностей в нужной мере. Как показал эксперимент, добавление нормальной версии CUX1 в культуру клеток повысило активность двух генов первичных ресничек примерно на 50%, а CUX1 баклана такого эффекта не вызвал. Не простимулировал он и развитие костных клеток – в отличие от нормальной версии гена.

Таким образом было показано, что реснички и их регулятор CUX1 вместе вовлечены в феномен крыльев-коротышек у галапагосских нелетающих бакланов. При этом не совсем понятно, почему их ноги остаются вполне нормальных размеров, а не редуцируются вместе с крыльями, превращая птицу в неуклюжую неваляшку. «Как только мы найдем ответ, так сразу выведем новую потешную породу галапагосских неходячих бакланов!» – смеются биологи, утирая слезы с ресничек.


Текст: Виктор Ковылин. Фото: Rafael G. Sanchez
По материалам: Science News

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, обязательно ставьте активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.