Считается, что плавники рыб и конечности четвероногих животных формируются внутри зародыша при помощи одних и тех же механизмов, исполняющих две разные генетические «программы». Нил Шубин (Neil Shubin), и его коллеги подтвердили эту гипотезу на практике в 2011 году, поменяв местами аналогичные гены из ДНК мышей и рыб-зебр без негативных последствий для развития плавников или лап.

Группа биологов под руководством Хосе Гомеза-Скарметы (Jose Gomez-Skarmeta) из университета Пабло де Олавиде в Севилье (Испания) наблюдала за изменениями в развитии плавников рыб-зебр(Danio rerio), которые вызывают мутации в гене Hoxd13.

Как объясняют ученые, ген Hoxd13 входит в большое семейство генов 5'hox, «дирижирующих» ростом конечностей и тела во время развития зародыша. Активность этих генов определяет то, какую форму приобретет та или иная часть организма, и нарушения в ее работе являются причиной появления уродств.

Гомез-Скармета и его коллеги обратили внимание на хорошо известный факт — активность гена Hoxd13 на кончиках будущих плавников рыб крайне низка, тогда как у четвероногих она, наоборот, очень высока. Авторы статьи проверили, что произойдет с плавниками будущей рыбы-зебры в том случае, если активность гена будет искусственно повышена.

Для этого ученые вставили в геном Danio rerio вторую копию Hoxd13, которая никак не проявляла себя в развитии зародыша до тех пор, пока в его клетках не появлялся синтетический гормон дексаметазон. Добавляя дексаметазон в разные части плавников, ученые получили возможность отслеживать изменения, которые вызывала вторая копия Hoxd13.

Включение второй копии «программы» роста в клетках будущих плавников привело к любопытному эффекту. У зародышей с двойной порцией Hoxd13 плавники потеряли характерную веерообразную форму и стали округлыми, а не плоскими. Кроме того, внутри мягких тканей на конце плавника стали появляться «заготовки» хрящей и костей, что не характерно для нормальных рыб-зебр.

По словам биологов, структура таких конечностей больше напоминала будущие лапы животных, чем плавники рыб. Как полагают ученые, подобное изменение в работе «программы» развития конечностей могло произойти и в ходе эволюции предков сухопутных позвоночных.

Это предположение поддерживается тем, что вставка в геном рыбы-зебры отсутствующего в нем гена CsС, управляющего работой Hoxd13 в зародыше мыши, привела к превращению плавников в примитивный аналог лап.

«Мы выяснили, что “контрольная программа” из генома мышей смогла запустить работу Hoxd13 в кончиках плавников рыбы-зебры. Это говорит о том, что клеточные механизмы, способные “включать” эту программу, присутствовали в геноме общего предка рыб и четвероногих животных», — заключает один из авторов статьи Фернандо Касарес (Fernando Casares) из университета Пабло де Олавиде.