Биологи под руководством Нила Шубина из Чикагского университета в США продемонстрировали, как одни и те же эмбриональные клетки участвуют в формировании рыбьих плавников и человеческих рук. Статья ученых опубликована в журнале Nature.
Известно, что рыбы были предшественниками сухопутных позвоночных. В процессе эволюции плавники превратились в лапы животных, однако скелет первых состоит из хряща, а последних — из костной соединительной ткани. Несмотря на это, ученые решили доказать родственную связь между конечностями разных видов и провели эксперименты с использованием методов редактирования генов и отслеживания миграции клеток.
Биологи изучали развитие эмбрионов аквариумных рыбок данио-рерио (Danio rerio). Они использовали технологию CRISPR/Cas, чтобы удалить важные гены, связанные с формированием плавников. Несколько типов мутантных животных разводили в течение двух лет в Массачусетской морской биологической лаборатории в США. В это же время исследователи наблюдали за миграцией специфических эмбриональных клеток по мере развития зародышей рыб.
Гены, которые интересовали ученых, относятся к семейству Hox и влияют на формирование общего плана тела в эмбрионе вдоль осей голова-хвост и плечо-пальцы. Неправильная работа Hox-генов обычно приводит к нарушениям в развитии конечностей. Когда специфическая ДНК (гены HoxD и HoxA) была удалена из геномов рыб, исследователи сканировали с помощью томографии мельчайшие структуры внутри плавников взрослых данио.
Ученые наблюдали картину, схожую с той, что была при блокировании соответствующих Hox-генов у мышей, у которых при этом возникли нарушения в развитии запястий и пальцев. Лучи плавников значительно уменьшились в длине, из-за того, что определенные клетки не смогли мигрировать из основания плавника к его дистальной (наиболее удаленной от центра тела) части. Вместо этого клетки образовали другие хрящевые элементы конечности.
По словам биологов, это доказывает связь между плавниками рыб и конечностями сухопутных позвоночных.