Глаза у всех животных восходят к одному прототипу. На днях эта гипотеза получила весьма экзотическое подтверждение. Пришло оно со стороны исследователей морских глубин. Манипулируя генами, они установили – хотя детали формирования глаза и могут отличаться, в целом процесс строительства зрительного аппарата идёт во всех случаях по одному алгоритму.

Как выяснили учёные, алгоритм
формирования зрительных органов
дрозофилы (на снимке) настолько
«отточен», что безукоризненно растит
глаза там, где их вовсе не предполагалось,
– стоит только определённым генам
начать хозяйничать в нестандартном месте
(фото с сайта nikonsmallworld.com).

У представителей самых разных филогенетических групп образование будущих органов зрения контролируется генами из семейства Pax – так называемыми мастер-генами, которые имеют общее происхождение.

«Генералом» среди Pax-воинства можно назвать Pax-6 , который координирует и направляет работу остальных генов, участвующих в данном процессе. Хотя этот ген есть у человека и довольно широко распространён в животном мире, до сих пор его не удавалось найти у медуз, с которыми имели дело в нынешнем исследовании специалисты Базельского университета (UniBas).

Желеобразные обитатели глубин кому-то могут показаться весьма бесхитростно устроенными существами, но если внимательно их исследовать, то обнаружится, что многие виды имеют очень даже развитые зрительные органы.

Порой это лишь светочувствительные углубления, но у некоторых медуз, как, например, у привлечённой для эксперимента Cladonema radiatum , глаза – очень сложный оптический аппарат с фокусирующей свет на сетчатке линзой.

Как теперь выясняется, Pax-6 имеет столь большое значение, что даже у животных, состоящих в очень отдалённом родстве друг с другом, он сохраняется практически в неизменном виде. То есть фактически можно взять образец Pax-6 у мыши и внедрить его мухе. После этого начавший расти глаз будет обладать «мушиной» структурой. Это подтверждает координирующую, а не строительную роль Pax-6.

На рисунке – схема белка, кодируемого человеческим вариантом данного гена (иллюстрация с сайта pdb.org).

Ген Pax-6 был открыт в 1994 году профессором Вальтером Герингом (Walter Gehring), который возглавил нынешнее исследование. В ходе него швейцарские учёные штудировали наследственный код C. radiatum, где ген Pax-6 им так и не удалось обнаружить, зато учёные нашли родственные ему Pax-a и Pax-b.

Определив, что в случае медуз из этой пары координатором является первый ген, учёные имплантировали Pax-a в ДНК мухи-дрозофилы и, управляя процессом его активации, смогли вырастить полноценный мушиный глаз в нескольких «неположенных» местах.

Намеренная активация генов «не там, где надо» может привести к тому, что глаз у мушки вырастет в абсолютно невероятном месте – как на этих снимках, где зачаточные органы показаны стрелками (фото Suga et al./PNAS).

Как утверждают авторы в пресс-релизе, полученный результат доказывает – раз Pax-6 и Pax-a практически взаимозаменяемы, они, скорее всего, имеют общее происхождение.

Хотя специалисты и затрудняются утверждать однозначно, как именно гены семейства Pax оказались в медузьей ДНК, у них есть некоторые предположения. Вполне может быть, что медузы получили необходимые им участки ДНК от своего эндосимбионта – водорослей динофлагеллят. Те, в свою очередь, могли опосредованно заимствовать гены от красных водорослей, а последние – получить их от цианобактерий путём горизонтального переноса.

Вообще говоря, все обладающие глазами живые существа можно условно разделить на три группы по принципу, какой ген «дирижирует» при формировании органов зрения: гидроидные (в их числе и медузы) используют Pax-a, кубомедузы (тоже, кстати, весьма глазастые) – Pax-b, а билатеральные животные и, следовательно, человек – Pax-6.

Выразительные органы зрения этих медуз (яркие точки у основания щупалец) не только напоминают на наши глаза по строению, но и скроены почти по тем же самым генетическим «чертежам» (фото Universitat Basel, с сайта geo.de).

Можно было бы сделать вывод, что эволюция глаз живых существ однажды пошла как минимум тремя разными путями. Однако швейцарцы не согласны с такой точкой зрения. Ведь если бы всё происходило подобным образом, то вряд ли мастер-гены относились бы все к одной группе Pax.

Вместо этого куда резонней предположить, что когда-то глаза некоего общего предка формировались под управлением нескольких различных Pax-генов. От этого предка потом «отпочковались» различные ветви жизни, разделившиеся на позвоночных и два вида беспозвоночных. Далее, когда эволюционные пути групп совсем разошлись, в каждой из них «на стройплощадке глаз» получил единоличную власть какой-то определённый ген.

Эта гипотеза, описанная в текущем исследовании, объясняет фантастическую, на первый взгляд, возможность подмены «коллег» генами Pax-группы. Потому-то ген, заимствованный у медузы, вполне может запускать формирование «резервного» глаза у мухи.