Гены, помогающие современным древним рыбам дышать воздухом, похожи на гены, которые помогают формироваться нашим лёгким.

Наземные позвоночные произошли от рыб, которые решили выйти на сушу примерно 370 млн лет назад. Что нужно рыбе, чтобы так радикально сменить место жительства? Много чего нужно, для начала – лёгкие, чтобы дышать, и ноги, чтобы двигаться – дышать жабрами и ходить на плавниках на суше невозможно. Это довольно серьёзные изменения, и рыбы к ним подготовились сильно загодя.

У многопёров грудные плавники выглядят как лопасти, отдалённо напоминающие лапы наземных позвоночных. (Фото: lapradei / Flickr.com) 

Самих древних рыб мы изучить не можем. Зато сейчас у нас есть несколько групп рыб, которые очень похожи на тех древних. С одной стороны, это лопастепёрые рыбы – знаменитые латимерии и двоякодышащие. У них грудные плавники напоминают лапы, а двоякодышащие вообще дышат лёгкими, которые отходят от пищевода.

С другой стороны, у нас есть осетрообразные, многопёры и ильная рыба. Многопёры в чём-то схожи с двоякодышащими: у грудных плавников есть мясистая лопасть, делающая их похожими на прото-лапу, и дышат они не только жабрами, но и плавательным пузырём, подобным лёгкому. Ильная рыба, или амия – тоже живое ископаемое, способное дышать атмосферным воздухом с помощью пузыря-лёгкого.

Многопёры, осетры, ильная рыба относятся к очень большому классу Лучепёрых рыб. Лучепёрые – это и знакомые нам сельдь, скумбрия, карп, лосось, и глубоководные удильщики, и луны-рыбы – в общем, подавляющее большинство рыб, живущих на свете. Но все они эволюционно моложе, чем вышеупомянутые многопёры с осетрами. (Для полноты картины можно вспомнить про акул и скатов, которые ещё более древние, чем осетры, латимерии и многопёры. Но акулы и скаты представляют собой вообще отдельную группу рыб, которые выйти на сушу никогда не помышляли.)

Сотрудники Института гидробиологии Китайской академии наук, Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук и других научных центров проанализировали гены нескольких древних лучепёрых рыб – многопёра, ильной рыбы и других, чтобы в результате охватить все основные линии развития лучепёрых рыб. В статье в Cell говорится, что гены, которые дают древним рыбам своеобразный грудной плавник и плавательный пузырь, который работает как лёгкие, похожи на гены, которые выполняют ту же работу в нашем организме. Например, у людей в ДНК есть участки, от которого зависит формирование подвижных суставов (локтевого, коленного и др.). И у многопёра бишира есть похожие участки ДНК, которые помогают сформировать подвижное сочленение между одним из хрящей плавника и его радиальными лучами. То же самое касается генетической информации, связанной с нашими лёгкими и дыхательными пузырями древних рыб.

При этом любопытно, что большинство современных рыб утратило информацию, необходимую для формирования подвижного сустава в плавнике. А вот гены, управляющие формированием плавательного пузыря, остались. Но только у более эволюционно молодых рыб они стали работать иначе: дыхательная функция у пузыря исчезла, рыбы стали дышать только жабрами, пузырь остался  только для плавучести. То есть получается, что это не лёгкие наземных животных образовались из пузыря, а пузырь карпов, сельдей, окуней и т. д. сформировался из «прото-лёгкого» – гибридного органа, который помогал и дышать, и плавать. Так что когда рыбы стали выходит на сушу, появление лёгких означало в эволюционно-генетическом смысле «возвращение к корням».

Самое важное, что древние лучепёрые рыбы появились около 420 млн лет назад, то есть за 50 млн лет до выхода рыб на сушу. Скорее всего, те, кто выходил на сушу, были похожи на кого-нибудь вроде многопёра. Им не нужно было ждать каких-то новых генетических изменений, которые должны были возникнуть с нуля: в геноме была информация и для подвижных суставов в конечностях, и для формирования лёгких. Конечно, лёгкие и конечности требовалось довести до ума, но, так или иначе, какой-то генетический черновик для этого уже был.

Такие заготовки на самом деле не редкость в эволюции. Например, известно, что у примитивных позвоночных во время эмбрионального развития гены работают так, как если бы их мозг был намного сложнее, чем он есть на самом деле – то есть у них есть генетические чертежи, которые по ходу эволюции позволят сделать намного более сложный мозг. Другой пример – несколько лет назад мы писали, что у некоторых одноклеточных организмов есть прототип молекулярного «пульта управления», с помощью которого многоклеточные управляют своими клетками.