Биологи выяснили, как страусы потеряли способность к полету

Современные нелетающие птицы появились в результате изменений в тонкой настройке генов, контролирующих рост костей и конечностей.

Четыре из пяти современных отрядов бескилевых и не менее трех вымерших объединяют птиц, неспособных к полету и лишенных костного киля на груди, к которому у летающих крепятся мощные мускулы крыльев. К бескилевым относят и страусов, и киви, и эму. Судя по результатам нового анализа, способность летать они утеряли не за счет определенных мутаций в ДНК, а вследствие изменений в регуляции генов, и происходило это несколько раз на протяжении их эволюционной истории. Об этом команда гарвардского биолога Скотта Эдвардса (Scott Edwards) пишет в статье, опубликованной в журнале Science.

В самом деле, мутации изменяют структуру и свойства кодируемых белков, а то и вовсе нарушают их производство. При этом один и тот же белок может выполнять самые разнообразные функции в разных тканях и клетках, поэтому потеря его часто оказывается слишком опасной. С другой стороны, регуляторные изменения позволяют тоньше «настроить» работу ДНК, генов и белков, при куда меньшей угрозе для жизни организма в целом. Так произошло, видимо, и у предков современных бескилевых.

Ученые расшифровали геном 11 птиц, включая восемь бескилевых, а также использовали уже имевшиеся данные о ДНК нескольких нелетающих и 25 летающих видов. Затем они определили массу участков регуляторной ДНК, общих для этих птиц, — в общей сложности их нашлось более 280 тысяч, а 2355 фрагментов из них отличались тем, что у бескилевых птиц изменения в них накапливаются быстрее, чем у остальных. Похоже, именно они ответственны за потерю способности к полету и все, что с этим связано.

Авторы отмечают, что эти «подозрительные» регуляторные фрагменты часто располагаются поблизости от генов, управляющих развитием костей и конечностей, и, видимо, контролируют именно их активность. В самом деле, для нелетающих птиц характерно уменьшение величины, а то и полное исчезновение целого ряда костей, необходимых для полета, включая киль и другие. Ученые показали, что ген, запускающий развитие крыльев у цыплят курицы, действительно «включается», если к нему присоединить регуляторный участок летающей птицы тинаму. Но он не работает с аналогичным регуляторным участком, заимствованным у нелетающего нанду.

По мнению авторов, все это указывает на сравнительную легкость, с которой может происходить потеря полета. Судя по всему, этот процесс предки бескилевых переживали не менее трех, а возможно, и пять раз на протяжении своей эволюционной истории.