Как змеи в ходе эволюции лишились ног

Змеи очень отличаются от всех других позвоночных. Их тело настолько тонкое, что в нем помещается только одно легкое, они чувствуют запахи с помощью языка, но самое главное отличие — у них нет ног. Почему?

В ходе масштабной работы по изучению геномов более чем десятка видов змей генетики из Института биологии Чэнду, Китайской академии наук обнаружили мутации, которые, вероятно, привели к исчезновению ног у змей. Ученые описали ДНК змей, которая отвечает и за другие необычные признаки.

Для проведения исследования герпетолог Цзя-Танг Ли и его коллеги секвенировали геномы 14 видов змей из 12 семейств — выборка, охватывающая 150 миллионов лет эволюции. Ученые дополнительно проанализировали геномы 11 видов змей, которые ранее были секвенированы.

Ли говорит, что самым неожиданным стало отсутствие сразу трех фрагментов в гене PTCH1, который отвечает за развитие конечностей. Другие исследователи предполагали, что возможно у змей произошли мутации, которые регулируют активность PTCH1, а сам ген остается более-менее постоянным. Но теперь ясно, что радикально изменен сам ген. Поскольку у всех змей есть такие же делеции (исключения фрагментов) в гене PTCH1, по мнению Ли, это «может быть одной из главных генетических основ, которые привели к утрате конечностей».

Когда команда Ли внесла такие же мутации в мышиный эквивалент этого гена, и у мышей стали гораздо короче кости пальцев ног. Это еще одно доказательство того, что этот ген играет роль в отсутствии ног у змей.

Исследование также проливает свет на другие генетические особенности змей. На основании анализа более ранних, менее полных геномов ученые полагали, что змеи потеряли гены, играющие ключевую роль в развитии зрения. Но новая работа показывает, что гены все еще существуют, просто их активность была приглушена на ранних этапах эволюции, скорее всего, у примитивных змей, живших под землей.

Такое «снижение» активности, по-видимому, относится и к генам, связанным со способностью слышать высокие частоты, но это генетическое изменение, возможно, привело к изменению конфигурации ушных костей рептилий, которые делают их очень чувствительными к вибрациям. А чтобы все органы поместились, змеям также не хватает двух генов, DNAH11 и FOXJ1, которые обычно направляют развитие эмбриона, чтобы его тело было симметричным, например, с двумя легкими. Без этих генов левое легкое змеи значительно уменьшается, если оно вообще формируется, сообщают Ли и его коллеги.

По словам Ли, эта работа — шаг не только к выявлению ключевых генов в развитии змеи, но и к точному определению того, как происходит развитие других позвоночных, включая человека, и, таким образом, к выявлению того, что может пойти не так и вызвать болезни или пороки развития.

Согласно полученным результатам, многие свойства змей — это наследие подземного образа жизни. Фактически змеи — это подземные существа, живущие на поверхности.