Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Части тела дрозофилы не очень похожи на наши. У нас нет антенн и крыльев, у нас одна пара подвижных глаз, а вовсе не неподвижные фасеточные глаза, состоящие из 8оо ячеек. Наша кровь перекачивается четырехкамерным сердцем по замкнутой системе артерий и вен, а не просто плещется в единой полости. Мы передвигаемся на двух длинных ногах с прочными костями, а не на шести тонюсеньких лапках. Короче говоря, анатомия у нас абсолютно разная, поэтому трудно себе представить, что дрозофилы могут помочь нам в понимании того, как формируются наши собственные ткани и органы. Действительно, ученые предполагали, что некоторые структуры, такие как глаза, с их разнообразным анатомическим строением и оптическими характеристиками, в ходе эволюции животных возникали практически с нуля не менее сорока раз.

По этой причине изучение генов, ответственных за построение глаз дрозофил, не вызывало большого интереса. Но когда ученые из лаборатории Вальтера Геринга клонировали ген eyeless (безглазый — англ.), названный так по той причине, что при его мутации дрозофилы не имеют глаз, оказалось, что аналогичный ген уже известен у человека. Человеческий ген называется Aniridia (Аниридия). Его так назвали, поскольку его мутация приводит к уменьшению размера или, в тяжелых случаях, к полному исчезновению радужной оболочки глаза (ириса). Aniridia — это тот же самый ген, который у мыши известен как Small eye (Маленький глаз) и чья мутация приводит к аномалии или отсутствию глаз. Это открытие было достаточно интригующим, поскольку наши глаза камерного типа и сложные глаза дрозофилы имеют совершенно разную структуру и адаптированы к разным нуждам. Почему в формировании столь разных глаз участвует один и тот же ген? Что это — совпадение или нечто большее?

К ответу на этот вопрос нас приблизили два других эксперимента. Когда в результате специальных манипуляций ген eyeless включали в других частях тела мушки, ткани глаза появлялись на крыльях, ногах и в других местах (рис. 3.6). Этот факт, а также отсутствие глаз у мутантов с поврежденным геном eyeless показали, что этот ген является мастер-геном, т.е. ключевым геном для развития глаза. Без него образования глаза не происходит, а там, где он активен, ткань развивается в структуры глаза. Во втором эксперименте мышиный ген Small eye заставляли экспрессироваться в "неправильных" местах тела дрозофилы. Как вы думаете, что произошло?

Рис. 3.6. Мастер-ген eyeless контролирует формирование глаза. Нормальная голова дрозофилы с крупным фасеточным глазом (а); мутация гена eyeless у дрозофилы приводит к потере глаза (б); индукция развития глазной ткани на крыле у дрозофилы в результате экспрессии гена eyeless в крыле (в). Фотографии предоставлены Джорджем Холдером. Онкологический центр Андерсона, Хьюстон.

Результат был таким же, как и в эксперименте с геном дрозофилы — ткани дрозофилы начали образовывать структуры глаза. Однако важно заметить, что ткани образовывали структуры глаза дрозофилы, а не мыши. Так что, хотя все гены были похожими и их экспрессия оказывала похожее действие, окончательная форма структуры зависела от контекста развития, т.е. от вида организма-хозяина, а не от происхождения гена. Мышиный ген индуцировал мушиную программу развития глаза.

Гены eyeless, Aniridia, Small eye имеют общее, менее выразительное название — Рах-6. Происхождение этого названия не слишком важно, а вот распространение данного гена в царстве животных и его связь с развитием глаз очень важны. Оказалось, что ген Рах-6 связан с развитием глаз самых разных типов — простых, как у плоских червей, и гораздо более сложных, как у позвоночных. Объяснить связь гена Рах-6 с развитием глаз у животных можно двумя способами. С одной стороны, использование этого гена для построения глаз у различных животных могло быть случайным совпадением. С другой стороны, он мог использоваться для построения глаз у какого-то очень древнего общего предшественника всех животных, и его функция сохранилась на протяжении всей эволюции царства животных. Прежде чем выбрать правильный ответ, отметим еще более удивительные совпадения в развитии различных животных.