Рыбы-паразиты помогли ученым узнать, откуда у человека взялся мозг

Российские генетики обнаружили в ДНК миног, примитивных бесчелюстных рыб, особый ген, эволюция которого позволила нашим предком обзавестись черепной коробкой и сложным мозгом, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Мы нашли у миноги, самого древнего из ныне живущих позвоночных, ген Anf/Hesx1. Мы считаем, что ключевым событием в создании условий для возникновения у позвоночных, в том числе и у нас с вами, конечного мозга было появление у их предков данного гена", - рассказывает Андрей Зарайский из Института биоорганической химии РАН, чьи слова приводит пресс-служба института.

Одним из главных отличий современных позвоночных животных от представителей беспозвоночной фауны является то, что мы обладаем сложным, высокоразвитым мозгом и твердой оболочкой - черепом, который защищает мягкую нервную ткань от повреждений. Как возникла эта оболочка, и что появилось первым - мозг или череп - остается предметом дискуссий среди ученых.

Тайны того, как возник мозг, череп и челюсти ученые сегодня пытаются раскрыть, как рассказывают авторы статьи, наблюдая за жизнью, развитием и работой генов у миног и миксин - самых примитивных рыб. Эти бесчелюстные рыбы, как сегодня считают ученые, очень похожи по своему облику на первых позвоночных существ, живших в первичном океане Земли около 400-450 миллионов лет назад.

Зарайский и его коллеги приблизились к раскрытию секретов эволюции предков человека и всех остальных позвоночных животных, изучая то, как работают гены в зародышах миног, и определяя то, какие из них присутствуют только в ДНК позвоночных животных и отсутствуют у насекомых и прочих беспозвоночных существ.

Еще в 1992 году, как рассказывают российские генетики, им удалось обнаружить ген Xanf, управлявший ростом передней части зародыша, в том числе мозга и лица, в ДНК эмбрионов лягушек. Этот ген, как изначально предположили ученые, мог "дирижировать" ростом мозга и черепа у позвоночных животных, однако это идея не находила поддержки по той причине, что данный ген отсутствовал у миног и миксин, примитивнейших позвоночных.

Оказалось, что он все же присутствует в ДНК этих примитивных рыб, хотя и в несколько другом виде. Ученым потребовалось пойти на множество хитростей, чтобы "выудить" этот ген из зародыша и доказать, что он работает схожим образом, как и его аналог в ДНК лягушек, человека и прочих животных.

Для этого ученые вырастили несколько зародышей арктических миног (Lethenteron camtschaticum), дождались, когда у них начнет развиваться голова, после чего извлекли из нее большое количество молекул РНК, которые клетки вырабатывают при "чтении" генов, и повернули этот процесс вспять, собрав большое количество коротких цепочек ДНК. Они фактически представляют собой копии тех генов, которые наиболее активны в клетках зародыша миног.

Такие последовательности ДНК гораздо проще анализировать, и их изучение позволило Зарайскому и его коллегам выделить пять возможных версий гена Xanf, каждая из которых содержит в себе инструкции по синтезу белков, почти идентичных тем, которые были найдены в лягушках в 1992 году.

Наблюдения за работой этого гена показали, что он работает практически так же, как и его аналог в ДНК более "продвинутых" позвоночных животных, за одним небольшим исключением - он включается заметно позже, благодаря чему череп и мозг миног обладают скромными размерами.

Тем не менее, большие сходства в структуре и в манере работы Anf/Hesx1 и Xanf говорят о том, что данный ген, появившийся около 550 миллионов лет назад, играет критическую роль в жизни позвоночных животных и что он, скорее всего, был одним из двигателей эволюции самых далеких предков человека.