Згідно з новим дослідженням, опублікованим у Science Advances, повне дублювання геному відбулося приблизно 400 мільйонів років тому, що могло стати причиною еволюції павутинних залоз. Це свідчить про те, що один із найдивовижніших біологічних інструментів природи виник в результаті масштабної генетичної аварії.
Випадкове походження павутинних бородавок
Протягом багатьох років вчені дивувалися, як у павуків виникли складні структури, звані павутинними бородавками, які виробляють неймовірно міцні та універсальні мережі, які вони використовують для створення павутини, полювання та розмноження. Провідна теорія припускала, що ці органи виникли внаслідок модифікації існуючих генів, які визначають малюнок кінцівок. Однак основні генетичні механізми залишалися неясними.
Дослідники під керівництвом Шуцяна Лі з Педагогічного університету Аньхой в Китаї проаналізували геноми двох видів павуків і риби-скорпени, порівнюючи їх з іншими родичами павукоподібних. Їх результати показали, що давній предок павуків, скорпіонів і скорпіонів пережив повне подвоєння свого геному. Це означало, що кожен ген копіювався, утворюючи величезний сплеск генетичного матеріалу.
Роль генів Abdominal-A
Дослідження визначило конкретну пару генів, abdominal-A, як критичну для розвитку павутинних бородавок. Експерименти на ембріонах павуків показали, що вимикання цих генів призвело до ембріонів без павутинних бородавок.
«Здається, дубльовані гени набули інших функцій після дублювання», — пояснив Лі. «Працюючи разом, вони створюють спеціальні павутинні бородавки, які ми бачимо сьогодні». Це свідчить про те, що початкове дублювання було не просто випадковою подією, а ключовим кроком у формуванні еволюції павука.
Чому подвоєння геному має значення
Подвоєння генома є поширеним явищем в еволюції рослин, але порівняно рідко у тварин. Коли це відбувається, це створює можливості для нових взаємодій генів і значних еволюційних змін. Це було пов’язано з диверсифікацією щелепних хребетних і може пояснити, чому у павуків розвинулися арахноїдальні залози.
Прашант Шарма, біолог з Університету Вісконсін-Медісон, зазначає, що хоча дослідження є «чудовим», воно не повністю виключає альтернативні пояснення. Деякі членистоногі не мають гена abdominal-A, але все ще мають укорочені тіла, що свідчить про те, що ген може контролювати не тільки розвиток павутинних бородавок.
«Можливо, дослідники натрапили на генетичний шлях до створення тварини, схожої на морського павука або кліща», — каже Шарма.
Незважаючи на цю невизначеність, Лі підкреслює, що дублювання геному є постійним фактором у визначенні різноманітності тварин. Ця випадкова генетична подія, можливо, стала каталізатором однієї з найдивовижніших адаптацій природи.
Дослідження підкреслює, як великі еволюційні зрушення можуть виникнути внаслідок неочікуваних генетичних помилок, перетворюючи випадковість на адаптацію протягом мільйонів років. Походження павутини є яскравим прикладом того, як випадковість і можливість стикаються в історії життя на Землі.
