У многих ракообразных, включая омаров, крабов и мидий, имеется выступающая из головы раковина, похожая на плащ, которая может выполнять различные функции, например, служить небольшой пещерой для хранения яиц или защитным щитом для увлажнения жабр.
Предполагалось, что этот карапас (панцирь) не развился из какой-либо подобной структуры у предка ракообразных, а появился de novo (или неожиданно) в результате несколько случайного сочетания генов, которые также определяют крылья насекомых.
Но в новом исследовании Морской биологической лаборатории (MBL) исследователь Хизер Брюс и руководитель Нипам Патель приводят доказательства в пользу альтернативной точки зрения: карапакс, наряду с другими пластинчатыми структурами у членистоногих (ракообразных, насекомых, пауков и многоножек), развился из латеральной доли ноги у общего предка.
Эти выводы подтверждают предложенную ими новую концепцию развития новых структур, которая позволяет предположить, что они все-таки не такие уж новые. Исследование, предметом которого стал панцирь ракообразного дафнии, появилось в журнале Current Biology.
“Как возникают новые структуры – это центральный вопрос эволюции. Преобладающая идея, называемая кооптацией генов, заключается в том, что гены, функционирующие в одном контексте, например, для создания крыльев насекомых, попадают в несвязанный контекст, где они создают, скажем, раковину. Но здесь мы показываем, что раковина дафнии не возникла из ниоткуда”, — рассказывают ученые.
Они предполагают, что наследственная пластинчатая лопасть ноги, которая эволюционировала и в крыло, и в панцирь, вероятно, присутствовала у предка всех ныне живущих членистоногих. Но поскольку крыло и панцирь выглядят так непохоже на эту предковую пластинку и на другие пластинки соседних линий членистоногих, никто не понял, что все они были одинаковыми.
“Мы начинаем понимать, что структуры, которые выглядят совершенно одинаково – крылья, панцирь, тергальные пластины – на самом деле гомологичны. Это говорит о том, что они имеют общее происхождение, которое гораздо древнее, чем кто-либо мог предположить, еще в кембрийский период, [500 миллионов] лет назад”, — делятся исследователи.
Брюс называет свою модель появления новых структур “таинственным постоянством серийных гомологов”.
“Серийные гомологи – это такие вещи, как руки и ноги, или позвонки нашего позвоночника, или многочисленные ноги, повторяющиеся на теле многоножки. [Повторы] могут выглядеть очень по-разному, но можно увидеть сходство, и все они построены с использованием одних и тех же начальных генетических путей. В некоторых случаях полная структура не вырастает – вы можете получить укороченную ногу многоножки, или она будет очень тонкой и крошечной. Хотя клетки запрограммированы на формирование стебля, на самом деле они из него не вырастают”, — отмечает ученый.
Авторы пришли к своим выводам, проанализировав паттерны экспрессии генов у нескольких видов членистоногих и исключив другие гипотезы о том, как мог развиться панцирь.
“Древнее, общее происхождение всех этих пластинчатых структур [у членистоногих] предполагает, что генные сети, формирующие эти структуры, высокоразвиты и пластичны. Они способны порождать огромное разнообразие”, — говорит Брюс.
