Torbacze i inne ssaki wielokrotnie ewoluowały oddzielnie, a my w końcu uczymy się, jak to zrobić

Celuj w księżyc. Nawet jeśli nie trafisz, wylądujesz na następnym drzewie. Wydaje się, że wiele grup ssaków wzięło sobie do serca tę ewolucyjną radę. Według naszego nowo opublikowanego artykułu w Postęp naukiNiespokrewnione zwierzęta mogły używać tych samych planów do budowy swoich „skrzydeł”.

Podczas gdy ptaki są niekwestionowanymi mistrzami nieba, Po opanowaniu latania w okresie jurajskimSsaki już ewoluowały bardziej w locie niż ptaki. W rzeczywistości żyje obecnie aż siedem różnych grup ssaków Są przenoszone do powietrza niezależnie od siebie.

Te doświadczenia ewolucyjne miały miejsce u zwierząt rozproszonych po całym drzewie genealogicznym ssaków – w tym latających wiewiórek, oposów torbaczy i colugo (kuzynów naczelnych). Ale wszystkie mają coś wspólnego. Jest to specjalna struktura skóry między ich kończynami, zwana patagium lub membraną lotniczą.

Fakt, że te podobne struktury powstawały wielokrotnie (tzw. proces zbieżna ewolucja) wskazuje, że podłoże genetyczne nietoperzy może poprzedzać lot. W rzeczywistości mogą go mieć wszystkie ssaki, nawet te żyjące na lądzie.

Jeśli to prawda, to badania Pattagii mogą pomóc nam lepiej zrozumieć niesamowitą adaptację ssaków. Możemy również odkryć nieznane wcześniej aspekty genetyki człowieka.

Zwodniczo prosta membrana

Pomimo pozornie prostej struktury skóry, Pataggia zawiera wiele tkanek, w tym włosy, oraz bogatą kolekcję Neurony wrażliwe na dotykI tkanka łączna, a nawet cienkie warstwy mięśni. Ale w początkowych stadiach formowania błony te są zdominowane przez dwie główne warstwy skóry: endodermę i naskórek zewnętrzny.

Początkowo niewiele różni się od sąsiedniej skóry. Ale w pewnym momencie skóra po bokach zwierzęcia zaczyna się szybko zmieniać lub różnicować. Skóra właściwa przechodzi proces zwany zagęszczaniem, w którym komórki zlepiają się, a tkanka staje się bardzo gęsta. Tymczasem naskórek pogrubia się w procesie zwanym hipertrofią.

To zróżnicowanie występuje u niektórych ssaków, gdy są one jeszcze płodami w łonie matki. Niewiarygodne, u naszego głównego gatunku – szybowca cukrowego torbacza (Biturus previspus) — Ten proces rozpoczyna się po urodzeniu, gdy są w torbie matki. Daje nam to wspaniałe okno do tworzenia patagium.

Zaczynając od szybowca cukrowego, zbadaliśmy zachowania tysięcy genów aktywnych podczas wczesnego rozwoju patagium, aby spróbować odkryć, w jaki sposób inicjowany jest ten łańcuch zdarzeń.

Od szybowców po nietoperze

Odkryliśmy, że poziomy genu zwanego Wnt5a są silnie związane z inicjacją tych wczesnych zmian skórnych – zgrubień i hiperplazji. Poprzez serię eksperymentów z udziałem hodowanych tkanek skóry i transgenicznych myszy laboratoryjnych wykazaliśmy, że dodanie dodatkowego Wnt5a wystarczyło, aby napędzać każdą z tych cech charakterystycznych tworzenia patagium.

Co ciekawe, kiedy rozszerzyliśmy naszą pracę na nietoperze, odkryliśmy bardzo podobne wzorce aktywności Wnt5a w rozwoju patagii bocznych do tych u szybowców cukrowych. Było to zaskakujące, ponieważ nietoperze (ssaki łożyskowe) miały wspólnego ostatniego wspólnego przodka z torbaczem cukrowym około 160 milionów lat temu.

Co być może najważniejsze, znaleźliśmy prawie identyczny wzór w uchu zewnętrznym (lub małżowinie usznej) myszy laboratoryjnych. Małżowina jest niemal uniwersalną cechą wśród ssaków, w tym niezliczonych gatunków, które nie mają ptasiego pochodzenia.

Zestaw narzędzi molekularnych

Wszystkie te wyniki wskazują na coś głębokiego. Rola Wnt5a we wprowadzaniu zmian skórnych niezbędnych dla patagium prawdopodobnie ewoluowała na długo przed tym, jak pierwsze ssaki wzbiły się w powietrze.

Pierwotnie gen nie miał nic wspólnego z lotem, zamiast tego przyczyniał się do rozwoju pozornie niezwiązanych ze sobą cech. Ale z powodu wspólnego pochodzenia większość współczesnych ssaków odziedziczyła ten program oparty na Wnt5a. Kiedy gatunki takie jak szybowce i nietoperze rozpoczynały swoje oddzielne loty w powietrzu, robiły to za pomocą wspólnego „zestawu narzędzi molekularnych”.

Nie tylko to, ale możliwe jest, że ten sam zestaw narzędzi istnieje u ludzi i działa w sposób, którego jeszcze w pełni nie rozumiemy.

Nasza ostatnia praca ma określone granice. Po pierwsze, nie stworzyliśmy latającej myszy. Może to zabrzmieć jak żart, ale pokazuje, że wciąż nie do końca rozumiemy, w jaki sposób obszar gęstej, grubej skóry staje się cienką, szeroką membraną lotu. Wiele genów o nieznanych rolach musi być zaangażowanych.

Po drugie, chociaż wykazaliśmy związek przyczynowo-skutkowy między Wnt5a a różnicowaniem skóry patagium, nie wiemy dokładnie, jak Wnt5a to robi. Idąc dalej, mamy nadzieję wypełnić te luki, poszerzając horyzonty naszych porównań międzygatunkowych i prowadząc bardziej dogłębne badania molekularne składu patagium w szybowcach cukrowych.

Na razie nasze badanie zapewnia nowy, ekscytujący wgląd w lot ssaków. Może nie jesteśmy najsilniejszymi lotnikami, ale próbowanie jest w naszym DNA.