В последние годы выдвигались разные теории появления крыльев у насекомых, но ни одна из них не обладала убедительной доказательной базой. Ученые Морской биологической лаборатории в США раскрыли тайну, используя современные геномные технологии и подсказки из научных работ 1980-х годов.
Переход из воды на сушу
Исследование, проведенное научным сотрудником Хизер Брюс и директором MBL Нипамом Пателем, расставило точки над «i». Их работа, опубликованная в издании Nature Ecology & Evolution, привлекла внимание ученых-биологов.
Команда исследователей доказала, что крылья насекомых произошли от выроста, или «лепестка», на ногах водных ракообразных, являющихся далекими предками сухопутных существ. После того как морские обитатели вышли на сушу около 300 миллионов лет назад, сегменты ног, наиболее близкие к туловищу, во время эмбрионального развития вошли в состав стенки тела.
Скорее всего эволюционные изменения вызваны необходимостью лучше распределять вес при перемещении по земле. «Доли ног затем переместились на спину насекомого и позже сформировали крылья», — говорит Брюс.
Генетика раскрывает тайны
По словам биологов, одной из причин, по которым потребовались столетия, чтобы это понять, было отсутствие доказательства прямой связи насекомых с ракообразными. Однако в 2010 году произошла маленькая сенсация в научном мире, когда генные исследования подтвердили их родство в рамках типа членистоногих.
«До этого, основываясь только на морфологии, ученые классифицировали насекомых в подтип многоножек, наряду с губоногими и двупарноногими. Но если вы посмотрите на многоножек, то не найдете части тела, которая послужила бы прототипом формирования крыльев насекомых», — сказала доктор Брюс.
«Таким образом, крылья стали рассматривать как совершенно новые образования, которые возникли у насекомых и не имели соответствующей структуры у их предтеч. А все потому, что ученые искали насекомого-предка не в том месте», — дополнил директор Патель.
Потерянный сегмент
Группа исследователей решила проверить гипотезу, выдвигаемую ранее некоторыми учеными, что прямых предков следует искать в других группах членистоногих. В частности, у ракообразных.
Для эксперимента были взяты мухи-дрозофилы и жуки-хрущаки с одной стороны, а также часто используемый в генетических анализах вид ракообразных-амфипод Parhyale hawaiensis. Во время исследования сравнили генетические инструкции для сегментированных ног насекомых и ракообразных.
Используя редактирование гена CRISPR-Cas9, доктор Хизер Брюс систематически отключила общие гены формирования паттерна ног у рачков Parhyale и у насекомых. В результате выяснилось, что эти гены соответствуют сегментам ног, которые наиболее удалены от стенки тела членистоногих.
Однако у Parhyale hawaiensis есть дополнительный сегмент ноги, которого нет у мушек и жуков. Куда делся этот отрезок? Оказалось, он эволюционировал в крыло.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание