Летопись окаменелостей показывает, что у первых примитивных копытных животных были ноги с пятью пальцами (пальцами), как у современных мышей и людей. В ходе их эволюции основная структура скелета конечностей была значительно изменена: у современных бегемотов четыре пальца, а у свиней второй и пятый пальцы обращены назад. У крупного рогатого скота дистальный скелет состоит из двух рудиментарных когтей росы и двух симметричных удлиненных средних пальцев, которые образуют раздвоенное копыто, которое обеспечивает хорошее сцепление при ходьбе и беге по разным ландшафтам.
Сравнительный анализ эмбрионального развитияКоманда под руководством профессора Рольфа Зеллера из Департамента биомедицины Базельского университета в настоящее время исследовала молекулярные изменения, которые могут быть ответственны за эволюционную адаптацию конечностей копытных животных.
С этой целью они сравнили активность генов в эмбрионах мышей и крупного рогатого скота, которые контролируют развитие пальцев рук и ног во время эмбрионального развития.Развитие конечностей у обоих видов изначально поразительно схоже, и молекулярные различия становятся очевидными только во время развития ладоней и ступней: у эмбрионов мышей так называемые факторы транскрипции гена Hox распределяются асимметрично в зачатках конечностей, что имеет решающее значение для правильного формирования паттерна. дистальный скелет.
Напротив, их распределение становится симметричным с ранних стадий и далее в зачатках конечностей эмбрионов крупного рогатого скота: «Мы думаем, что эта ранняя потеря молекулярной асимметрии вызвала эволюционные изменения, которые в конечном итоге привели к развитию парнокопытного дистального скелета конечностей у крупного рогатого скота и других парнокопытных животных. копытных ", — говорит специалист по генетике развития профессор Рольф Целлер.Уменьшению и потере цифр предшествовала потеря асимметрии.
Затем ученые из Департамента биомедицины сосредоточили свое внимание на сигнальном пути Sonic Hedgehog (SHH), поскольку он контролирует экспрессию гена Hox и развитие пяти пальцев рук и ног у мышей и людей. Они обнаружили, что экспрессия генов в зачатках конечностей эмбрионов крупного рогатого скота изменена, так что клетки, дающие начало дистальному скелету, не могут экспрессировать рецептор Hedgehog, называемый Patched1. Обычно этот рецептор служит антенной для SHH, но без Patched1 сигнал SHH не может быть получен, и формирование пяти отдельных цифр нарушается.
Исследователи смогли установить, что измененная область генома — так называемый цис-регуляторный модуль — связана с наблюдаемой потерей рецепторов Patched1 и асимметрией пальцев у эмбрионов крупного рогатого скота.«Выявленные генетические изменения, влияющие на этот регуляторный переключатель, предлагают беспрецедентное молекулярное понимание того, как конечности прямопалых копытных животных отличались от конечностей других млекопитающих примерно 55 миллионов лет назад», — объясняет Рольф Целлер.
На данном этапе неясно, что запускает инактивацию регуляторного переключателя гена Patched1. «Мы предполагаем, что это результат прогрессивной эволюции, поскольку этот переключатель дегенерировал у крупного рогатого скота и других копытных животных, в то время как он оставался полностью функциональным у некоторых позвоночных, таких как мыши и люди».