Примерно 400 миллионов лет назад произошло полное удвоение генома, которое, возможно, стало причиной эволюции паутинных желез, согласно новому исследованию, опубликованному в Science Advances. Это говорит о том, что один из самых удивительных биологических инструментов в природе возник в результате масштабной генетической случайности.
Случайное Происхождение Паутинных Бородавок
На протяжении многих лет ученые задавались вопросом, как у пауков развились сложные структуры, называемые паутинными бородавками, которые производят невероятно прочную и универсальную паутину, которую они используют для строительства сетей, охоты и размножения. Ведущая теория предполагала, что эти органы возникли в результате модификаций существующих генов, определяющих рисунок конечностей. Однако основные генетические механизмы оставались неясными.
Исследователи под руководством Шуцян Ли из Аньхойского педагогического университета в Китае проанализировали геномы двух видов пауков и скорпионницы, сравнив их с другими паукообразными родственниками. Их результаты показали, что древний предок пауков, скорпионов и скорпионниц пережил полное удвоение своего генома. Это означало, что каждый ген был скопирован, создавая огромный всплеск генетического материала.
Роль Генов Abdominal-A
Исследование выявило конкретную пару генов, abdominal-A, как критически важную для развития паутинных бородавок. Эксперименты на зародышах пауков показали, что отключение этих генов привело к зародышам без паутинных бородавок.
«Удвоенные гены, по-видимому, приобрели разные функции после удвоения», — объяснил Ли. «Работая вместе, они создают специализированные паутинные бородавки, которые мы видим сегодня». Это говорит о том, что первоначальное удвоение было не просто случайным событием, а ключевым шагом в формировании эволюции пауков.
Почему Удвоение Генома Имеет Значение
Удвоение генома часто встречается в эволюции растений, но относительно редко у животных. Когда это происходит, это создает возможности для новых взаимодействий генов и значительных эволюционных изменений. Оно было связано с диверсификацией челюстных позвоночных и может объяснить, почему пауки развили паутинные железы.
Прашант Шарма, биолог из Университета Висконсин-Мэдисон, отмечает, что, хотя исследование «прекрасно», оно не полностью исключает альтернативные объяснения. Некоторые членистоногие не имеют гена abdominal-A, но все же имеют укороченные тела, что позволяет предположить, что ген может контролировать не только развитие паутинных бородавок.
«Исследователи могли наткнуться на генетический путь к созданию животного, похожего на морского паука или клеща», — говорит Шарма.
Несмотря на эту неопределенность, Ли подчеркивает, что удвоение генома является повторяющимся фактором, определяющим разнообразие животных. Это случайное генетическое событие могло стать катализатором одной из самых увлекательных адаптаций в природе.
Исследование подчеркивает, как крупные эволюционные сдвиги могут возникать из-за неожиданных генетических ошибок, превращая случайности в адаптации за миллионы лет. Происхождение паутины является ярким примером того, как случайность и возможности сталкиваются в истории жизни на Земле.
