Внутрішньоутробний розвиток у звірів з'явився завдяки стрибаючим генетичним елементам, які мобілізували старі гени під нове завдання.
У внутрішньоутробного розвитку є багато переваг: ембріон розвивається в більш стабільному середовищі, він краще захищений від ворогів, поживні речовини надходять до нього з материнського організму, а не з невеликого запасу в яйці або ікринку, і т. д. Все це дозволяє продовжити розвиток зародку і повніше сформувати його складну фізіологію. У ряді випадків (у деяких ящірок, риб та ін.) має місце комбінований спосіб, коли зародок розвивається в яйці, але саме яйце знаходиться в тілі матері. Плацентарні ссавці довели технологію до досконалості: у них плід знаходиться в материнській утробі, а контакт з батьківським організмом здійснюється завдяки спеціальному органу - плаценті. (Справедливості заради зауважимо, що у деяких акул і онихофор, які практикують живонародження, плацента теж утворюється.) Одночасно ж звірам доводиться вирішувати ряд проблем, пов'язаних з таким тісним контактом матері та ембріона - наприклад, необхідно уникати конфлікту між материнським імунітетом і «чужорідним тілом», що розвивається.
Зрозуміло, внутрішньоутробний розвиток не міг з'явитися без масштабного генетичного перетрушування. І ось дослідники з Чиказького університету (США) вирішили дізнатися, які генетичні модифікації дозволили ссавцям створити складні морфологічні та фізіологічні адаптації для виношування ембріона. Вінсент Лінч (Vincent Lynch) і його колеги порівняли, що за гени активуються в матці у цілої низки тварин: у плацентарних звірів, у сумчастих, у яйцекладущого утконоса, у птахів, рептилій і амфібій. У результаті вдалося зрозуміти, з чого почалася еволюція плацентарного живонародження у найдавніших ссавців.
Щоб ембріон зміг розвиватися в утробі, знадобилося активувати більше тисячі генів, які взяли на себе регуляцію взаємин між плодом і материнським організмом. У міру того, як збільшувався час вагітності, у справу вступали нові гени, що посилювали і вдосконалювали зв'язки між дитинцем і батьком, а також пригнічували материнський імунітет в матці. У той же час йшов і зворотний процес - відключалися генетичні елементи, що відповідають за формування яйця і супутні процеси.
Звідки ж взялися «гени вагітності»? Як часто буває в еволюції, всі вони раніше вже виконували якусь функцію в мозку, в травній системі, в кровоносних судинах. Але тепер їх пристосували для нових цілей. Сталося ж це завдяки тому, що у генів з'явилися регуляторні елементи, які зробили їх чутливими до прогестерону, жіночого статевого гормону, керуючого фізіологією розмноження. А прогестеронові регуляторні елементи з'явилися у них завдяки транспозонам. Так називають особливі послідовності в ДНК, які можуть копіювати самі себе в якесь інше місце в геномі. Їх існування зводиться тільки лише до множення власних копій, і такі «стрибаючі гени» або «геномні паразити» можуть доставити багато неприємностей господарю, тому що можуть потрапити всередину важливого гена, порушити його регуляцію або взагалі до невпізнання зіпсувати послідовність білка, який він кодує. Активність транспозонів клітина намагається придушити, проте буває так, що вони просувають організм еволюційними сходами, допомагаючи іншим генам розширити або змінити функції.
Якраз це сталося у випадку внутрішньоутробного розвитку. Багато транспозонів ссавців несуть в собі послідовності зв'язування з прогестероном, який необхідний для їх активності. Так що ті гени, які спочатку були зайняті в інших місцях, а потім стали керувати внутрішньоутробним розвитком, змогли змінити поле діяльності завдяки «геномним паразитам»: прогестеронові ділянки транспозонів почали впливати на активність генів, до яких вони стрибнули. При цьому самі транспозони з часом знешкодилися.
Для еволюції звичайна справа не стільки винаходити нові гени, скільки змінювати регуляцію старих. Функція будь-якого білка залежить не тільки від того, що він робить, але, в не меншій мірі, де і коли. В даному випадку «де» і «коли» допомогли змінити мобільні генетичні елементи. Причому, як зауважують автори роботи, ніхто не очікував, що саме транспозони допоможуть у «розробці» такого складного, комплексного процесу, як внутрішньоутробний розвиток.
Стаття з результатами дослідження готується до публікації в Cell Reports.