Зміна одного гена призвела до того, що жук втратив ріг і був замінений на третє око в центрі голови. Знання досліджень можуть бути використані для розробки функціонального штучного органу, придатного для трансплантації.

підготували

Можливо, це здається вирваним із науково-фантастичної книги, або як імітація тристоронньої ворони зі знаменитої серії «Гра престолів». Але триокий жук-скарабей із лабораторій Університету Індіани справжній і являє собою важливу біологічну віху. Завдяки йому вчені дізнаються більше про еволюційну біологію та про те, як окремі гени впливають на розвиток органів.

Дослідження, опубліковане минулого місяця в престижному науковому журналі PNAS, заснована на попередніх експериментах, в яких третє око жука утворилося випадково.

Спочатку вчені вивчали жуків-скарабеїв (гнойових жуків), які мають невеликий ріг у центрі голови. Якщо біологи вимкнули ген, що кодує утворення цього рогу, сталося щось несподіване: замість зміни структури голови (зникнення рогу), жук розробив нове око - саме там, де спочатку знаходився ріг.

Як набір лего

Явище відбулося після зміни функціональності одного гена, який по-англійськи називають ортодонтиком (odt). Цікаво, що зміна рогу на додаткові очі шляхом модифікації одного гена спрацювала лише для цього конкретного виду жуків, і вченим не вдалося повторити ефект у мучителя, виду жука, який не має рогів на голові.

"Біологія розвитку частково ускладнена, оскільки розвиток мозку, очей або броні черепахи не кодує лише один ген. Це взаємодія тисяч індивідуальних процесів розвитку, які дозволять появу цих особливостей ", - пояснив керівник досліджень Армін Мочек в університетському звіті.

"Ми також виявили, що розробку нової риси тіла можна порівняти з побудовою нової структури лего шляхом повторного використання старих генів та процесів розвитку в новому контексті", - говорить Мочек, додаючи: "Таким чином ви можете створювати нові речі в нових місцях з певними кубиками. Однак на нозі ми знаємо правила нарощування, деякі частини прилягають один до одного, а інші ні. Ми поки не знаємо окремих компонентів у біології ".

Дослідження Мочека показали, що для розробки нової риси тіла - третього ока на голові жука - не обов’язково потрібні складні біологічні механізми, і цього достатньо для зміни функціональності одного гена.

Комахи-циклопи

Третє око на голові жука було створено об’єднанням двох додаткових менших очей, які виросли замість кута. Цікаво, що око функціональне. "У нашому дослідженні ми експериментально порушили функцію одного гена. У відповідь на це порушення решта голови жука була реорганізована, утворивши надзвичайно складну нову особливість - складене око в центрі голови. Крім того, це око працює ", - говорить Мочек.

Дослідники виявили, що клітини, що складають око, не відрізняються від клітин звичайних очей. Це однотипні клітини з однаковими генами, які також містять функціональні нейронні зв’язки. Після хірургічного видалення вихідних очей третє око реагувало на зорові подразники.

Це дослідження є не лише прогресом у визнанні функцій окремих генів, а й може бути використане в медицині. Ріст і розвиток тканин та їх генетична природа дуже важливі, наприклад, при розробці функціонального штучного органу, придатного для трансплантації.