За рога отвечают гены

В том, что у жуков образовались рога, виноваты не какие-то новые гены, а те же, что обеспечивают развитие ног, антенн и крыльев. К такому заключению пришли биологи из Университета Индианы в Блумингтоне, изучив работу генов у двух видов жуков-навозников.

Самцы жуков-навозников рода Onthophagus снабжены рогами на голове, которые они используют в турнирах за самку. Армин Можек и Дебра Розе исследовали, как образуются рога при развитии личинки жука у двух видов – итальянского Onthophagus taurus и Onthophagus binodis из Южной Африки. Задача ученых заключалась в том, чтобы найти у них  «гены рогатости».

Среди эволюционных биологов распространено такое мнение: чтобы у животного возник новый признак, такой как новый орган тела, у него должен появиться новый ген или же старые гены должны радикально измениться. «Мы довольно хорошо представляем, как происходят изменения каких-либо органов, будь то форма крыльев, длина ног или строение глаза, — говорит Армин Можек. –  Намного непонятнее, как эти органы возникли впервые. Как появилось первое крыло у бескрылых организмов, первый фоторецептор и т.д.».

Как заблокировать ген у жука

Чтобы найти ключевые гены, ученые применили на жуках новую технологию. Они ввели личинкам вещества, повреждающие работу какой-либо конкретной матричной РНК, что делает невозможным синтез белка с данного гена. Эта технология называется РНК-интерференцией, она позволяет заблокировать работу одного гена, не затрагивая остальных. В этом методе человек подражает природе, подчеркивают ученые. РНК-интереференция — важнейший природный механизм регуляции генной активности у высших организмов.

Этим методом Можек и Розе нашли два гена, повреждение которых у личинки приводило к безрогости самцов жуков обоих видов. Гены под названием Distal-less и homothorax, впервые изученные на дрозофиле, очень распространены у насекомых. Оказалось, что оба гена чрезвычайно важны для развития личинки: кроме рогов, без которых, в общем-то, можно обойтись, они обеспечивают развитие жизненно важных ног, антенн и крыльев.

Генная кооперация порождает новую сущность

По строению этих важных генов ни тот, ни другой вид жуков-навозников не отличался от дрозофилы, у которой, как известно, рогов нет. Как и предполагали биологи, жизненно важные гены «не имеют права» меняться, так как любое изменение будет во вред. Но, не изменившись структурно, гены изменили свое поведение. По мнению ученых, чтобы породить новый орган, старые гены должны были скоординировать свои действия в пространстве и во времени – в разных клетках и в разные сроки развития личинки.

«Новые признаки не обязательно требуют новых генов, — делает вывод Можек. – Множество инноваций появляется без изменения генетической основы».

Результат заставил ученых по-новому взглянуть на явление плейотропии – суть его в том, что один ген влияет на много признаков. «Возможно, до сих пор мы понимали концепцию плейотропии очень упрощенно, — говорит Можек. – Зато теперь увидели, что фундаментальные гены могут, не меняясь, создавать новые признаки. По-видимому, плейотропия еще более распространена, чем мы думали раньше».