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

Мы обнаружили, что все гены бабочки экспрессируются в тех же географических участках зачатка крыла, что и у дрозофилы. Это означало, что география развивающегося крыла у этих насекомых одинаковая. У обоих видов верхняя и нижняя поверхности крыла, передние и задние крылья, а также края каждого крыла определяются одними и теми же генами. Это свидетельствует о том, что у них сохранился общий древний план крыла. Однако гораздо интереснее и удивительнее обстояло дело с такой картиной экспрессии генов в крыльях бабочки, аналогов которой в крыльях дрозофилы не существует. Я никогда не забуду тот момент, когда моя лаборантка Джулия Гейтс позвала меня к микроскопу, чтобы показать поразительный узор, состоящий из пятен, на дисках — зачатках крыльев — у гусеницы. Мы увидели по две пары пятен на каждом диске точно в том месте, где примерно через неделю должно было образоваться пятно-глазок. Именно эту область Фред Нийхут назвал фокусом глазка (вкладка 8c). Фантастика!

В образовании пятен участвовал лишь один из дюжины изученных нами генов. Вы уже многое знаете об этом гене — это Distal-less. Это было чрезвычайно интересно, поскольку означало, что ген, участвующий в формировании конечностей у дрозофилы и вообще у всех членистоногих, у бабочки выполняет еще и другую работу. Distal-less был по-прежнему занят привычным делом — экспрессировался в дистальных частях развивающихся конечностей, как и у всех насекомых и других членистоногих. Однако пятна экспрессии Distal-less на крыльях бабочки — это новый прием, "освоенный" гораздо позже, чем участие в формировании конечностей (рис. 8.6). Вспомните, что работа генов развития полностью зависит от конкретной ситуации (т.е. от контекста). Distal-less выполняет свою работу по формированию конечностей в определенное время и в определенном месте. Его работа по разрисовыванию крыльев осуществляется в другом месте, в другое время и в рамках другого процесса.

Рис. 8.6. В гене Distal-less у бабочек эволюционировал новый переключатель, дающий возможность экспрессироваться в области пятен-глазков. Переключатели гена Distal-less контролируют его экспрессию в ногах и крыльях личинок и у дрозофил, и у бабочек, однако у гена бабочек появился новый переключатель, контролирующий его экспрессию в пятнах-глазках. Рисунок Лианн Олдс.

Как ген Distal-less научился новому виду деятельности? Он приобрел новый переключатель, реагирующий на специфические координаты эмбриона, в которых находятся клетки будущего глазка. Пятна экспрессии гена всегда образуются точно между двумя жилками у внешнего края крыла. Точность и воспроизводимость координат пятен говорит о том, что в этих точках активны белковые продукты генов развития, связывающиеся с переключателем гена. Обнаружение экспрессии Distal-less в развивающихся пятнах-глазках юнонии показало, что мы идем по верному пути. И, возможно, отыщем ключ к тому, как возникает замысловатый узор на крыльях бабочек. Первым делом нужно было понять, является ли сделанное нами открытие общим правилом или касается лишь одного конкретного вида бабочек. Поэтому мы стали изучать экспрессию гена Distal-less у других бабочек — как с пятнами, так и без них. Корреляция была полной. Мы увидели изумительные пятна экспрессии Distal-less у всех видов бабочек с пятнами, а на крыльях бабочек без пятен экспрессии Distal-less не обнаружили (вкладка 8d).

Ободренные таким везением, мы стали искать другие белки — продукты генов развития, которые могли бы экспрессироваться в развивающихся пятнах-глазках. Мы подозревали, что такие белки должны обнаружиться, поскольку глазки представляют собой концентрические окружности по-разному пигментированных чешуек, а значит, чешуйки каждой окружности должны получать разные инструкции. Из экспериментов Фреда Нийхута следовало, что сигналы из фокуса индуцировали образование концентрических кругов клеток, цвет которых определялся их расстоянием от центра. Distal-less экспрессировался в клетках центральной зоны, но внешние кольца тоже должны были быть чем-то помечены.