Как у человека появился мозг? Ответ подсказали миноги
Миноги — самые древние позвоночные. У их далеких предков впервые сформировался конечный мозг.
Минога (отряд Petromyzontiformes) — самое примитивное (и древнее) из ныне живущих позвоночных. Ее скелет настолько неразвит, что даже челюстных хрящей, которые есть у других рыб, у нее нет. Поэтому минога не может укусить, а только всасывает воду и пищу за счет сокращения кольцевой мышцы ротового отверстия. Но от еще более примитивных организмов ее отличает наличие конечного мозга — самого большого отдела головного мозга, в который входят большие полушария, соединяющее их мозолистое тело, базальные ганглии и некоторые другие отделы.
Ни у кого, кроме позвоночных, нет ничего, что хотя бы отдаленно напоминало бы конечный мозг, поэтому биологи уверены, что этот орган появился в результате эволюции. Его развитие называют ароморфозом — большим эволюционным прорывом, который привел к усложнению организма. Как он произошел и какие гены за него отвечали, долгое время оставалось загадкой.
За то, как развиваются органы и весь организм, отвечает гомеобокс — последовательность генов, которые кодируют белки-факторы транскрипции. Эти белки сами не участвуют в формировании тканей и органов, зато регулируют работу других генов, «включая» и «выключая» их. Программу развития конечного мозга у позвоночных запускает белок, который кодируется гомеобоксным геном Anf/Hesx1. У человека этот ген отвечает за формирование конечного мозга и гипофиза.
Ни у одного беспозвоночного организма ген Anf/Hesx1 не обнаружился, поэтому генетики пришли к выводу, что именно его появление в ДНК предков современных позвоночных привело к развитию крайнего мозга. Однако для того, чтобы доказать эту гипотезу, нужно было найти Anf/Hesx1 у всех представителей надотряда позвоночных, куда входят и бесчелюстные — миноги и миксины. В 2013 году международная группа ученых секвенировала геном миноги, но гена Anf/Hesx1 не нашла.
И только недавно группа российских биологов из ИБХ РАН и института проблем экологии и эволюции имени Северцова доказала, что этот ген у миног есть и даже работает. Для того, чтобы найти его, потребовалась сложная технология выделения РНК из клеток зачатка конечного мозга эмбриона миноги. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что у миног этот ген выполняет ту же функцию, что и у других позвоночных, то есть регулирует развитие конечного мозга.
Доказательство того, что ген Anf/Hesx1 есть у всех без исключения позвоночных и у каждого вида выполняет одну и ту же функцию говорит о том, что большой и умный крайний мозг развивался по одним и тем же законам и у миног, и у человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
