На голове навозника вырастили крылья вместо рога

Чтобы выяснить, что из себя представляет рог навозных жуков - уникальный орган, вырост панциря или что-то другое - биологи поэкспериментировали с генами жуков. В результате у некоторых особей на голове выросли крылья вместо рогов, что доказало общее происхождение обоих выростов. Статью с описанием своей работы ученые опубликовали в научном журнале Science.

"Эта работа заставила нас переосмыслить то, что является новшеством с точки зрения эволюции. Каждый сегмент тела насекомых обладает этим древним набором генов. Их активность может настолько сильно отличаться в разных случаях, что эти гены будут порождать столь непохожие друг на друга черты, как крылья и рога", - рассказал один из авторов работы, молекулярный биолог из Индианского университета (США) Армин Мочек.

Как правило, животные обзаводятся новыми органами, конечностями и прочими функциями жизнедеятельности в результате изменений в структуре "старых" генов, помогающих им решать новые задачи, или в результате больших перестроек генома, порожденных неудачными атаками вирусов.

В частности, ученые считают, что челюсти человека и всех остальных позвоночных животных представляют собой сильно видоизмененную жаберную дугу, а наши зубы являются далекими "потомками" чешуи древних рыб. Подобные сходства биологи часто находят, наблюдая за тем, как формируются эти части тела внутри зародышей разных видов позвоночных.

Мочек и его коллеги открыли еще один необычный пример того, как природа "перепрофилирует" уже существующие цепочки генов, наблюдая за развитием куколок навозных жуков и других представителей семейства пластинчатоусых жуков. 

Изначально ученых интересовало то, как изменится облик этих насекомых, если временно заблокировать работу одного или нескольких генов, связанных с формированием крыльев. Дело в том, что биологи давно подозревают, что крылья представляют собой сложный орган, который состоит из нескольких независимых друг от друга частей. Соответственно, отключение генов, как надеялись Мочек и его коллеги, должно было прояснить историю их появления с точки зрения эволюции.

Когда Мочек и его команда заблокировали гены, связанные с формированием крыльев, последние действительно значительно уменьшились или даже полностью исчезли, однако вместе с ними у жуков пропал и их рог.

Столкнувшись с этим эффектом, ученые детально изучили то, какие клетки куколок жуков отвечают за формирование рога и в какой части их тела они находятся. Оказалось, что они расположены примерно в той же части их головы, как клетки их будущих крыльев - на поверхности грудных сегментов. И в той, и в другой части тела был активен ген vg, отвечающий за рост мускулов, жилок, мембран и прочих частей летательного аппарата насекомых.

Обнаружив эти сходства, ученые проверили, что произойдет, если заблокировать работу гена Scr, отвечающего за формирование всей головы жука в целом. Эта процедура привела к тому, что на деформированной голове жуков начали расти вполне полноценные крылья вместо рога.

Эти же гены, как предполагают ученые, могут участвовать не только в формировании крыльев и рогов, но и других украшений и органов тела насекомых, таких как "шлемы" кузнечиков, листообразные выросты на голове некоторых цикад-горбаток, а также своеобразные "кружева" на голове клопов из семейства Tingidae. Подобное открытие, как заключает Мочек, радикально меняет представления эволюционистов о том, насколько непохожими могут быть органы и части тела, крайне близкие друг к другу с точки зрения генетики.