Почему у (почти) всех позвоночных две пары конечностей?
У всех нас, позвоночных существ (по крайней мере у всех обладателей челюстей) есть четыре конечности - по одной паре, спереди и сзади. В ходе эволюции они многажды менялись и принимали самые разнообразные формы - плавники, ласты, руки, лапы, крылья… Но почему наши древнейшиепредки получили и сохранили настолько стабильную структуру - две пары конечностей? Потому что у нас есть живот, утверждают венские биологи.
Как и с другими "вечными вопросами" эволюционной биологии, происхождение двух пар конечностей у челюстноротых (Gnathostomata) объяснялось самыми различными причинами. "В эту группу не включают современных миног и миксин, у которых нет ни челюстей, ни парных плавников (хотя есть срединные плавники, вдоль средней линии спины и хвоста)", - рассказывает Брайан Метшер (Brian Metscher), сотрудник кафедры теоретической биологии Венского университета. Но серьезное исследование данного вопроса должно учитывать не только палеонтологические данные, но и все тонкости раннего (внутриутробного) развития конечностей и плавников.
"Мы собрали воедино результаты исследований по молекулярной эмбриологии, палеонтологические и морфологические данные", - рассказывает Лаура Нуньо де ла Роса (Laura Nuño de la Rosa), ведущий автор статьи, сотрудник Института Конрада Лоренца.
На самых ранних стадиях развития эмбриона происходит разделение тканей на три основных слоя: внешний (эктодерму), из которого получится кожа и нервная система, внутренний (эндодерма) - будущий желудочно-кишечный тракт, и средний (мезодерма) - "материал" для мускулов, костей и прочих органов. Мезодерма, в свою очередь, дифференцируется на два слоя, выстилающие внутреннюю и внешнюю поверхность брюшной полости.
Гипотеза венских ученых такова: конечности начинают формироваться только там, где эти два слоя достаточно разделены друг от друга и благоприятно взаимодействуют с тканями эктодермы - а именно, у двух краев формирующейся брюшной полости. А посередине конечности не возникают потому, что оба слоя мезодермы теснее прилегают друг к другу и, считают исследователи, взаимодействуют с будущим желудком/кишечником.
За задним концом пищеварительного тракта (анальным отверстием), вдоль хвоста, слои мезодермы снова объединяются (стенка тела закрывается), и образуется одинарный (срединный) плавник. А по всей длине формирующейся брюшной полости стенка тела не может полностью закрыться, так что условия для развития конечностей возникают слева и справа от срединной линии - получаются не одинарные, а двойные плавники/конечности. "За две пары конечностей мы можем поблагодарить живот", - добавляет де ла Роса.
Исследование представлено в журнале Evolution & Development.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru