Как чешуя превратилась в перья

Исследователи показали, что чешуйки на куриных лапках можно превратить в перья, воздействуя на ген с сигнальной функцией.

Как из оплодотворенной яйцеклетки развивается живое существо с типичными для своего вида признаками? Эмбриональное развитие до сих пор работает как чудо, а лежащие в его основе процессы представляют для ученых множество загадок. Очевидно, регуляторные системы, контролируемые определенными генами, участвуют в формировании форм и структур тела. В ходе эволюции изменения в этих системах привели к возникновению новых видов и структурным новообразованиям. Эти «изобретения» часто возникали из старых структур.

Предполагается, что то же самое было и с придатками кожи позвоночных, состоящими из строительного материала кератина: следовательно, шипы, волосы и перья являются дальнейшим развитием чешуйчатых структур, возникших ранее у рептилий. Различные придатки кожи развиваются из клеток, которые производят локальное утолщение на ее поверхности. В них активны определенные гены, что приводит к образованию чешуек, волос или перьев. Однако пока неясно, какие процессы управления вызывают активацию этих программ.

В текущем исследовании ученые Женевского университета занимались геном Shh, участвующем в регуляции процессов эмбрионального развития. Они провели исследования на куриных эмбрионах, использовав метод на«свечения яйца». Оболочка подвергается рентгеновскому излучению с такой интенсивностью, что становятся видны внутренние структуры, в том числе кровеносные сосуды.

Это позволило точно обработать куриные эмбрионы активным веществом, молекулой, способной специфически повышать генетическую активность гена Shh, введя его непосредственно в кровоток. Результаты показали, что на определенной фазе развития эмбриона это приводит к активации сигнального пути с явным эффектом: в результате манипуляций с системой генетического контроля вместо чешуи, которая обычно покрывает ноги кур, формируются структуры перьев.

Исследователи сообщают, что эти экспериментально полученные пуховые перья были аналогичны тем, которые покрывают остальную часть тела. Как оказалось, это было определяющее изменение: манипуляцию не пришлось повторять. Однократное введение активного ингредиента в период эмбрионального развития привело к перманентной активации «весенней программы» в куриных лапках.

Ученые объясняют, что этот результат может пролить свет на физические различия между видами животных и механизмы эволюции.

Источник: wissenschaft.de