Несмотря на свою решающую важность в эволюции, в том числе и человека, до сих пор было неизвестно, откуда в эволюционном процессе возник генетический код волос. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на этот вопрос. Чтобы разобраться в сути вопроса, было бы интересно узнать, какое животное было первым с этой характеристикой, и, как это ни странно, ученые нашли весьма убедительные данные у лягушек.
В какой момент эволюции возникли волосы и ногти?
Миллионы лет назад водные животные вышли из воды на сушу. Эволюция этих новых наземных животных сопровождалась появлением твердокожих придатков, таких как когти, чешуя, перья и волосы. Исследователи хотели показать, что определенные компоненты волос и их генетический контроль уже развились у амфибий.
Исследовательская группа Венского медицинского университета (Австрия) в сотрудничестве с Гентским университетом (Бельгия) использовала тропическую шпорцевую лягушку (Xenopustropicis) в качестве экспериментальной модели для изучения эволюции придатков кожи, таких как человеческие волосы и ногти, обнаружив, что существует поразительное сходство между когтистыми лягушками и человеческими волосами. Термин «коготь» относится к ороговевшему ногтю, образующемуся в результате дифференцировки эпителия на кончике пальца.
«Когти шпорцевой лягушки состоят из особых белков (кератинов). Эти белки очень похожи на основные компоненты волос и ногтей млекопитающих, а следовательно, и на компоненты человеческих волос», объясняют исследователи.
Хотя некоторые предыдущие исследования предполагали, что когти лягушек и млекопитающих прошли независимые эволюционные пути, эта работа опровергает эту теорию, добавляя определенное сходство в некоторых генах, участвующих в производстве кератиноподобных молекул. Эти данные позволяют предположить, что люди и лягушки имели общего предка, который нес генетический код развития ороговевших когтей.
«Известно, что пациенты с мутациями в гене Hoxc13 имеют дефекты роста волос и ногтей. В нашем исследовании нам удалось заблокировать образование когтей у шпорцевой лягушки, деактивировав этот ген», поясняет Леопольд Экхарт из отделения дерматологии Венского медицинского университета. Эти результаты указывают на то, что генетическая программа развития ороговевших когтей возникла у общего предка человека и лягушки. В ходе эволюции млекопитающих программа формирования когтей была модифицирована для развития волос», рассказал эксперт.
Регуляторный ген Hoxc13 присутствовал у последнего общего предка всех челюстных позвоночных и сохраняется у многих из них сегодня, по мнению авторов, которые предполагают, что затвердевшая кожа предохраняла кончики ног от изнашивания, которые обычно подвергаются сильному износу. Впоследствии экспрессия этих кератиноподобных молекул распространилась на другие части тела. Как произошло это изменение? Это еще один вопрос, который остается открытым.
Долгий путь эволюции
Путешествие жизни из воды на сушу — одна из важнейших глав эволюционной саги наземных позвоночных. Этот переход потребовал ряда глубоких анатомических и физиологических адаптаций между видами. Решающее значение среди них имела разработка эффективного кожного барьера против потери воды в засушливых условиях. Эта адаптация позволила этим организмам процветать за пределами водной среды, что стало очень важной вехой в эволюции.
Похоже, что по мере эволюции наземных позвоночных еще одним заметным событием стало появление твердых ороговевших придатков кожи, включая когти, чешуйки, перья и волосы. Эти структуры играют решающую роль в выживании и адаптации, поскольку когти и чешуя, например, не только служат защитным щитом, но также помогают в передвижении и охоте. Еще один пример: перья, возникшие в основном у птиц, необходимы для полета, а также обеспечивают теплоизоляцию. Точно так же волосы обеспечивают изоляцию, помогают регулировать температуру и, у многих видов, играют ключевую роль в маскировке и отправке сигналов другим организмам.
Эволюция этих ороговевших придатков является частью важной главы эволюционной биологии, и понимание того, как развивались эти особенности, не только проливает свет на эволюционные стратегии древних видов, но и улучшает нашу информацию о биоразнообразии в современном мире.
Этот последний проект, финансируемый Австрийским научным фондом (FWF), был направлен на более глубокое изучение этой темы, уделяя особое внимание эволюционному происхождению этих придатков кожи. Их результаты помогают прояснить сложные генетические и экологические взаимодействия, которые привели к этим эволюционным инновациям.
Более того, последствия этого исследования выходят за рамки биологии. Изучение регуляции этих придатков может найти прямое применение в медицине и биотехнологии, особенно в таких областях, как лечение кожных заболеваний и выпадения волос у людей.
