Ученые разрешили загадку выхода позвоночных из воды на сушу

Этапы выхода позвоночных на сушу удалось выяснить китайским ученым в исследовании, опубликованном 4 февраля в журнале Cell.

Выход на сушу — это один из важнейших научных вопросов эволюции позвоночных. Предыдущие исследования показали, что первыми позвоночными, обитавшими на суше, были потомки костных рыб.

Группа ученых под руководством Куньминского Института зоологии Китайской академии наук в сотрудничестве с зарубежными исследователями выяснила этапы перехода позвоночных из воды на сушу, изучив геномы африканских двоякодышащих рыб, бичира, веслоноса, боуфина и панцирной щуки.

Пять видов, проанализированных исследователями, относятся к двум основным группам (лопастеперые и лучеперые рыбы) сохранившихся костных рыб. В свою очередь лопастеперые рыбы подразделяются на кистеперых и двоякодышащих, а лучеперые — на хрящевых и костистых.

Ученые отметили, что двоякодышащие рыбы являются ближайшими сохранившимися родственниками четвероногих и имеют самые большие размеры генома (40 Гб), что более чем в 10 раз превышает размер генома человека.

Исследователи обнаружили, что функциональные элементы, связанные с гибкостью конечностей, могли происходить от хрящевых рыб и сохранялись у лопастеперых и лучеперых костных рыб, но были полностью потеряны у костистых рыб. Примитивные легкие, возможно, также произошли от общего предка костных рыб, хотя и тогда легкие были заменены плавательным пузырем у большинства лучеперых рыб.

В процессе исследования ученые предположили, что эволюция перехода позвоночных из воды на сушу могла происходить в три решающих этапа генетических инноваций.

Первым этапом было то, что общие предки костных рыб уже обладали первоначальной способностью дышать воздухом и относительной молекулярной основой. Вторым шагом было увеличение дыхательной способности воздуха за счет появления большего количества дыхательных генов и функциональных элементов саркоптеригиев.

На третьем этапе произошли дальнейшие генетические инновации, например, возникновение большего количества генов и функциональных элементов, что обеспечило последнюю важную основу для перехода от воды к суше.

Кроме того, исследователи обнаружили, что функции, связанные с движением конечностей, также постепенно эволюционировали. Параллельно происходила эволюция системы кровообращения, мозга и двигательной системы.

Результаты этих исследований важны для понимания механизма эволюции и процесса перехода позвоночных от воды к суше.