Wissenschaftler der University of Florida haben die genetische Ursache für das Fehlen von Pfoten bei Schlangen ermittelt

Die Vorfahren der modernen Schlangen bewegten sich vor 150 Millionen Jahren und benutzten aktiv Gliedmaßen. Nach mehreren zehn Millionen Jahren verschwanden die Glieder der Schlangen. Bis jetzt war die Ursache für diesen Verlust nicht klar, obwohl Wissenschaftler versucht haben, die Antwort auf die Frage "Wo sind die Pfoten der Schlangen verschwunden?" Zu finden. seit vielen Jahren. In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts beschloss ein Team von Wissenschaftlern der University of Florida, dieses Problem anzugehen.

Am 21. Oktober veröffentlichten Wissenschaftler die Ergebnisse ihrer Arbeit. Wie sich herausstellte, ist der Pfotenverlust eine Mutation, die mit einer Veränderung eines bestimmten Enhancer-Gens verbunden ist (eines Modifikator-Gens, das die phänotypische Manifestation eines anderen Gens verstärkt). Im Fall von Schlangen hat ein Gen Veränderungen erfahren, die die Aktivität anderer Gene steuern, die für die Bildung von Gliedmaßen verantwortlich sind.

"Es ist sehr interessant zu wissen, dass bestimmte Veränderungen im Genom das Aussterben der Gliedmaßen beeinflussen", sagt einer der Studienteilnehmer.

Die Entdeckung wurde von Martin Cohn, Professor für Molekulargenetik und Mikrobiologie, und Doktorandin Francisca Leal gemacht. Wissenschaftler untersuchten die Arbeit von Genen in einem sich entwickelnden Python-Embryo und verglichen auch das Genom von Schlangen und Eidechsen. Interessanterweise haben Kobras und Vipern überhaupt keine Gliedmaßen, während Pythons und Boas Reste von Pfoten haben.


Diese Auswüchse sind alles, was von den Pfoten der Python übrig bleibt.

Bereits 1999 stellten Cohn und Kollegen fest, dass eine Reihe von Schlangengenen etwas anders funktionieren als andere Reptilien. Die Verwendung spezifischer Methoden zur Arbeit mit Reptilien-DNA führte zum Wachstum der Extremität von Schlangenembryonen. Leider hatten Wissenschaftler vor 17 Jahren nicht die Möglichkeit, die DNA von Lebewesen zu untersuchen, über die Experten heute verfügen. Dennoch konnten Wissenschaftler 2003 verstehen, dass die Aktivität einer der DNA-Stellen eine wichtige Rolle bei der Bildung von Gliedmaßen in Eidechsen spielt. Schlangen haben auch diesen Bereich. Fachleute untersuchten weiterhin die Merkmale der Arbeit dieser DNA-Stelle und erhielten im Laufe der Zeit eine ziemlich große Menge an Daten über die Merkmale ihrer Arbeit.


Wie sich herausstellte, ist die Mutation des Verstärkergens, die zum Verlust von Pfoten durch Schlangen führte, keine - es gibt drei von ihnen gleichzeitig. Die Wirkung dieser Mutationen ist kumulativ: Sie haben einen Abschnitt im Amplifikationsgen namens Sonic Hedgehog (Überschalligel) entfernt. Diese Stelle ist als Transkriptionsfaktor-Bindungsstelle bekannt. Der Verstärker ist für das Einschalten des Sonic Hedgehog verantwortlich, der wiederum für die Bildung der Gliedmaßen verantwortlich ist. Die kumulative Wirkung der drei Mutationen führt dazu, dass dieser Abschnitt entweder überhaupt nicht (für Kobras und Vipern) oder für eine sehr kurze Zeit eingeschaltet wird und sich danach dauerhaft ausschaltet.

Wie sich herausstellte, enthält das Genom von Python und Boas eine ganze Reihe von Anweisungen zur Bildung von Pfoten. Da jedoch während der Entwicklung des Embryos der Teil des Genoms, der für die Entwicklung der Gliedmaßen verantwortlich ist, fast nicht funktioniert, werden nur die Pfotenrudimente in Boas und Pythons gebildet.

Andere Boa- und Python-Enhancer-Gene verbleiben noch in der DNA, einschließlich derjenigen, die für die Aktivierung des Hoxd13-Gens verantwortlich sind, durch das die Entwicklung der Gliedmaßen erfolgt. In den frühen Entwicklungsstadien hat der Python-Embryo zelluläre Quellen für das gesamte Skelett der Pfoten, einschließlich der Fingerknochen. Bis zum Austritt aus dem Ei in jungen Pythons von all dem sind nur noch kleine Spuren des Femurs übrig und nichts weiter.

„Die Ergebnisse unserer Forschung zeigen, dass die Bildung von Gliedmaßen in einer Python viel weiter geht, als wir bisher gedacht haben. Damit der Embryo Pfoten hat, hat das Python-Genom alles, was Sie brauchen. Aber der Prozess der Skelettbildung endet einfach nicht “, sagte Cohn.

Ein zweites Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Axel Wiesel vom Lawrence National Laboratory in Berkeley, Kalifornien, beschloss zu prüfen, was passieren würde, wenn der oben erwähnte Maus-Genverstärker durch ein ähnliches Schlangengen ersetzt würde. Hierzu wurde eine als CRISPR-cas9 bekannte Genomeditierungstechnik verwendet. Um die Wirkung des schlangenverstärkenden Gens zu verifizieren, wurden die Fisch- und menschlichen Verstärker in Mäuse transplantiert.

Wie sich herausstellte, bildeten sich in den letzten beiden Fällen die Gliedmaßen bei Mäusen ganz normal. Bei Verwendung des Schlangenverstärkergens anstelle normaler Gliedmaßen bildeten sich jedoch nur Tuberkel in den Embryonen von Mäusen. Nachdem die Wissenschaftler die fehlenden DNA-Fragmente in den Verstärker eingefügt hatten, begannen sich die Gliedmaßen bei Mäusen normal zu bilden.

Vor 20 Jahren fanden Paläontologen die versteinerten Überreste der Vorfahren moderner Schlangen mit Gliedmaßen. Einige Wissenschaftler haben entschieden, dass der Verlust von Beinen durch Schlangen später erfolgte als bisher angenommen. Zur gleichen Zeit sagten andere Experten, dass sich einige Arten (Sackgassen) der Vorfahren der Schlangen einfach entwickelt hätten, nachdem sie ihre Pfoten zurückerhalten hatten. Die Forschungsergebnisse moderner Wissenschaftler zeigen, dass die zweite Gruppe von Wissenschaftlern wahrscheinlich Recht hat.

Experten sagen, dass der Evolutionsmechanismus nicht nur mächtig, sondern auch flexibel ist. Es ermöglicht einigen Kreaturen, sich wieder zu entwickeln, sobald Organe und Funktionen des Körpers verloren gegangen sind.

Source: https://habr.com/ru/post/de398555/