Гени, які допомагають сучасним стародавнім рибам дихати повітрям, схожі на гени, які допомагають формуватися нашим легким.
Наземні хребетні сталися від риб, які вирішили вийти на сушу приблизно 370 млн років тому. Що потрібно рибі, щоб так радикально змінити місце проживання? Багато чого потрібно, для початку - легкі, щоб дихати, і ноги, щоб рухатися - дихати жабрами і ходити на плавниках на суші неможливо. Це досить серйозні зміни, і риби до них підготувалися сильно заздалегідь.
Найдавніших риб ми вивчити не можемо. Зате зараз у нас є кілька груп риб, які дуже схожі на тих древніх. З одного боку, це лопастепері риби - знамениті латімерії і двоякодишні. У них грудні плавники нагадують лапи, а двоякодишні взагалі дихають легкими, які відходять від стравоходу.
З іншого боку, у нас є осетроподібні, багатопери і ільна риба. Багатопери в чомусь схожі з двоякодишними: у грудних плавників є м'ясиста лопасть, що робить їх схожими на прото-лапу, і дихають вони не тільки жабрами, але і плавальним міхуром, подібним легкому. Ільна риба, або амія - теж живе викопне, здатне дихати атмосферним повітрям за допомогою бульбашки-легені.
Багатопери, осетри, ільна риба відносяться до дуже великого класу Лучоперих риб. Променеві - це і знайомі нам оселедець, скумбрія, карп, лосось, і глибоководні вудильники, і місяця-риби - загалом, переважна більшість риб, що живуть на світі. Але всі вони еволюційно молодші, ніж вищезгадані багатопєри з осетрами. (Для повноти картини можна згадати про акул і скатів, які ще більш стародавні, ніж осетри, латимерії і багатопери. Але акули і скати являють собою взагалі окрему групу риб, які вийти на сушу ніколи не думали.)
Співробітники Інституту гідробіології Китайської академії наук, Інституту палеонтології хребетних і палеоантропології Китайської академії наук та інших наукових центрів проаналізували гени кількох стародавніх променеверих риб - багатопера, ільної риби та інших, щоб в результаті охопити всі основні лінії розвитку променеперих риб. У статті Cell говориться, що гени, які дають стародавнім рибам своєрідний грудний плавник і плавальний міхур, який працює як легкі, схожі на гени, які виконують ту ж роботу в нашому організмі. Наприклад, у людей в ДНК є ділянки, від якої залежить формування рухомих суглобів (ліктьового, колінного та ін.). І у багатопера бішира є схожі ділянки ДНК, які допомагають сформувати рухоме зчленування між одним з хрящів плавника і його радіальними променями. Те ж саме стосується генетичної інформації, пов'язаної з нашими легкими і дихальними бульбашками стародавніх риб.
При цьому цікаво, що більшість сучасних риб втратила інформацію, необхідну для формування рухомого суглоба в плавнику. А ось гени, які керують формуванням плавального міхура, залишилися. Але тільки у більш еволюційно молодих риб вони стали працювати інакше: дихальна функція біля бульбашки зникла, риби стали дихати тільки жабрами, бульбашка залишилася тільки для плавучості. Тобто виходить, що це не легкі наземних тварин утворилися з бульбашки, а бульбашка коропів, оселедців, окунів і т. д. сформувався з «прото-легкого» - гібридного органу, який допомагав і дихати, і плавати. Тож коли риби стали виходить на сушу, поява легенів означала в еволюційно-генетичному сенсі «повернення до коріння».
Найважливіше, що давні променеві риби з'явилися близько 420 млн років тому, тобто за 50 млн років до виходу риб на сушу. Швидше за все, ті, хто виходив на сушу, були схожі на кого-небудь на зразок багатопера. Їм не потрібно було чекати якихось нових генетичних змін, які повинні були виникнути з нуля: в геномі була інформація і для рухомих суглобів в кінцівках, і для формування легких. Звичайно, легкі і кінцівки потрібно було довести до розуму, але, так чи інакше, якась генетична чернетка для цього вже була.
Такі заготовки насправді не рідкість в еволюції. Наприклад, відомо, що у примітивних хребетних під час ембріонального розвитку гени працюють так, як якщо б їх мозок був набагато складніше, ніж він є насправді - тобто у них є генетичні креслення, які по ходу еволюції дозволять зробити набагато більш складний мозок. Інший приклад - кілька років тому ми писали, що у деяких одноклітинних організмів є прототип молекулярного «пульта управління», за допомогою якого багатоклітинні керують своїми клітинами.