11.01.2014

Четвероногость возникла из-за брюха

Две пары конечностей появились у позвоночных из-за особенностей взаимодействия между зародышевыми тканями, на которое сильно повлияло формирование брюшной полости с пищеварительным трактом внутри.

Почти все позвоночные животные — за исключением бесчелюстных миног и миксин — являются счастливыми обладателями двух пар конечностей, передних и задних. Это могут быть плавники, лапы, ласты, крылья, ноги и руки — но, так или иначе, у всего огромного инфратипа челюстноротых позвоночных эти две пары конечностей непременно имеются.

Но так было не всегда. Вот, например, у тех же миног и миксин никаких двух пар конечностей нет. Нет их и у более примитивных хордовых вроде оболочников. И возникает вопрос: что именно заставило древних позвоночных перейти к такому «четырёхногому» строению тела? Объяснений этому существует много, и последнее принадлежит исследователям из Венского университета (Австрия), которые утверждают, что две пары конечностей появились из-за живота.

Брайан Метшер (Brian D. Metscher) и его сотрудники объединили множество данных из предыдущих работ, касающихся и молекулярной эмбриологии, и палеонтологии. Особое внимание они уделили молекулярно-генетическим событиям, которые происходят при взаимодействии тканей развивающегося эмбриона.

На самых ранних стадиях развития у эмбриона образуются три тканевых листка: эктодерма, которая даёт начало коже и нервной системе, мезодерма, из которой образуются мышцы, кости и многие другие органы, и эндодерма, дающая начало пищеварительному тракту. Желудок с кишечником оказываются в телесной полости, мезодерма создаёт для неё оболочку и покрывает снаружи пищеварительные органы. Причём мезодерма распадается для этого на две части: одна идёт на кишечник, вторая — на внутреннюю выстилку полостных стенок.

В журнале Evolution & Development исследователи пишут, что конечности формируются как раз в тех местах, где две части мезодермы оказываются отделены друг от друга и контактируют с эктодермой — в двух противоположных концах образующегося пищеварительного тракта. На всём остальном пространстве оба мезодермальных куска тесно соприкасаются друг с другом и с развивающимся желудочно-кишечным трактом.

То есть, проще говоря, развитие конечностей обусловлено тонкостями взаимодействия между разными сортами зародышевых тканей, а взаимодействие это определяется формированием полости, в которой болтаются кишечник с желудком. На самом конце тела, позади анального отверстия, обе части мезодермы сливаются и вместе со стенкой тела, образуемой эктодермой, формируют единственную непарную лопасть — хвост. На всём остальном протяжении тела внешний эктодермальный слой лишь в нескольких местах может оказать своё влияние на мезодерму, и притом только на один из её листков — то, что выстилает полость тела. Здесь и происходит формирование парных конечностей.

Ну а то, что таких участков для формирования конечностей всего четыре, обусловлено — скажем об этом ещё раз — строением брюха, то есть полости с пищеварительным трактом внутри. Дальше уже идут модификации этой схемы: у кого-то эти конечности стали плавниками, у кого-то — крыльями и лапами.

Эта гипотеза охватывает вообще все живые организмы — как ныне живущие, так и давно вымершие; для всех она постулирует один и тот же механизм возникновения конечностей, и такое единообразие, бесспорно, является преимуществом. С другой стороны, она берёт за основу данные молекулярной эмбриологии, так что её легко проверить экспериментально, и надо думать, что такая проверка будет предпринята в самое ближайшее время.

Подготовлено по материалам Венского университета.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru