КРЫЛЬЯ НАСЕКОМЫХ ЭВОЛЮЦИОНИРОВАЛИ ИЗ НОГ РАКООБРАЗНЫХ

«Как насекомое получило свои крылья» — звучит как название какой-нибудь сказки, однако этот вопрос занимает умы учёных уже больше века. В последние годы появилось множество интригующих и противоречащих друг другу теорий, однако ни одна из них не могла считаться полноценной. Наконец, команда из Международного научно-образовательного центра по морской биологии и экологии Marine Biological Laboratory (MBL) в Вудс-Хоуле разрешила этот спор, используя подсказки из прошлых научных работ, а также современные геномные методы. Исследование, проведённое научной сотрудницей MBL Хизер Брюс и директором центра Нипамом Пателем, опубликовано на этой неделе в журнале Nature Ecology & Evolution.

Крылья насекомых, как установили учёные, появилась из отростка, или «доли» на ногах предка насекомых — ракообразных. Да, ракообразных! После их выхода на сушу около 300 миллионов лет назад наиболее близкие к телу сегменты ног со временем вросли в тело во время эмбрионального развития, вероятно, чтобы на суше животным было проще держать тело. «Затем эти сегменты переместились на спину, и там из них уже выросли крылья», — рассказала Брюс.

Одной из причин того, почему на выяснение этого факта потребовалось больше ста лет, Брюс считает то, что до 2010 года не принимался во внимание факт родства насекомых с их предками ракообразными в пределах типа членистоногих, что было выявлено в ходе генетических сравнений.

«До того, основываясь на морфологии, все относили насекомых к классу мириапод, — сказала Брюс. — И если вы будете искать происхождение крыльев у мириапод, вы ничего не найдёте. Крылья насекомых стали рассматриваться как новые структуры, которые развились у насекомых и не имели похожих структур у предка, поскольку учёные искали их не у тех предков».

«Людей приводят в восторг идеи вроде того, что крылья насекомых могут быть чем-то инновационным в эволюции. Однако один из выводов, возникающих при сравнении геномов, заключается в том, что не существует ничего принципиально нового: всё развивается из чего-то. И вы на самом деле можете выяснить, откуда», — добавил Патель.

Брюс вышла на след нового открытия, когда сравнивала генетический код сегментов ног крошечного модельного ракообразного Parhyale hawaiensis и сегментированных ног насекомых, в том числе плодовой мушки Drosophila и жука Tribolium. Проводя редактирование генома с CRISPR-Cas9, она систематически отключала по пять общих генов, отвечающих за расположение конечностей Parhyale и насекомых, и обнаружила, что эти гены соответствуют шести сегментам ног, которые находятся дальше всего от наружного покрова тела. Parhyale, однако, имеет один дополнительный сегмент рядом с наружным покровом. Интересно, куда пропал этот сегмент у насекомых? «И тогда я начала копаться в литературе и обнаружила ужасно старую идею 1893 года о том, что насекомые включили ближайший к телу ножной сегмент в наружный покров», — рассказала Брюс.

«Однако у меня всё ещё не было части истории с крылом. Поэтому я продолжила читать вплоть до 1980-х годов, где обнаружила теорию о том, что насекомые не только включили один из сегментов ног в стенки тела, но также маленькие доли на ногах переместились на спину и сформировали крылья. Я подумала: ух ты, мои геномные и эмбриональные данные подтвердили эту теорию».

Было бы невозможно решить эту давнюю загадку без инструментов, доступных в наше время. С их помощью можно тщательно изучить множество организмов, включая Parhyale, который является одним из наиболее удобных модельных ракообразных для изучения генетики.

Источник: www.nature.com

Комментарии: