Как птицы утратили фаллос

Немно­гие орга­ны отли­ча­ют­ся таким внеш­ним раз­но­об­ра­зи­ем, как фал­ло­сы. У живот­ных с внут­рен­ним опло­до­тво­ре­ни­ем гени­та­лии эво­лю­ци­о­ни­ру­ют быст­ро, их раз­мер и фор­ма даже у близ­ких видов могут суще­ствен­но раз­ли­чать­ся. Пожа­луй, самые уди­ви­тель­ные в этом отно­ше­нии живот­ные – пти­цы. У 3% видов фал­ло­сы длин­ные, гиб­кие, раз­но­об­раз­ной фор­мы, зато у осталь­ных 97% они силь­но реду­ци­ро­ва­ны или вооб­ще отсут­ству­ют. Самих сам­цов отсут­ствие внеш­них поло­вых орга­нов нисколь­ко не бес­по­ко­ит, а вот уче­ные мно­го лет лома­ют голо­ву над при­ро­дой это­го эво­лю­ци­он­но­го казу­са.

Потеря фаллоса в картииках. Так исследователи представили основной результат своей работы.
Поте­ря фал­ло­са в кар­тин­ках. Так иссле­до­ва­те­ли пред­ста­ви­ли основ­ной резуль­тат сво­ей рабо­ты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Ключ к раз­гад­ке нашли спе­ци­а­ли­сты Меди­цин­ско­го инсти­ту­та Говар­да Хью­за и Уни­вер­си­те­та Фло­ри­ды (США) и англий­ские уче­ные из Уни­вер­си­те­та Редин­га. Ока­за­лось, что отсут­ствие фал­ло­са у пред­ста­ви­те­лей отря­да куро­об­раз­ных свя­за­но с акти­ва­ци­ей кле­точ­ной гибе­ли в поло­вом бугор­ке на опре­де­лен­ной ста­дии эмбри­о­наль­но­го раз­ви­тия. Иссле­до­ва­те­ли отме­ча­ют, что исполь­зо­ва­ли в сво­ей рабо­те послед­ние дости­же­ния фило­ге­не­ти­ки, репро­дук­тив­ной эко­ло­гии и срав­ни­тель­ной мор­фо­ло­гии птиц, а так­же био­ло­гии раз­ви­тия гени­та­лий мле­ко­пи­та­ю­щих.

Эти дости­же­ния, в част­но­сти, поз­во­ля­ют про­сле­дить за тем, как пти­цы рас­ста­ва­лись с фал­ло­сом. У сам­цов древ­них бес­ки­ле­вых птиц (Paleognathae) гени­та­лии хоро­шо раз­ви­ты, у пред­ста­ви­те­лей более моло­до­го отря­да гусе­об­раз­ных (Anseriformes) – тоже, а у боль­шин­ства видов сест­рин­ско­го отря­да куро­об­раз­ных (Galliformes) от поло­во­го орга­на остал­ся лишь руди­мент на перед­ней стен­ке кло­аки. Самая эво­лю­ци­он­но новая кла­да птиц, Neoaves, к кото­рой отно­сит­ся боль­шин­ство ныне живу­щих видов, обхо­дит­ся вооб­ще без фал­ло­са.

Иссле­до­ва­те­ли срав­ни­ли эмбри­о­наль­ное раз­ви­тие гени­та­лий у селез­ней пекин­ской утки Anas platyrhynchos, пред­ста­ви­те­ля отря­да гусе­об­раз­ных, и пету­хов домаш­ней кури­цы Gallus gallus domesticus. Для срав­не­ния в каче­стве внеш­ней груп­пы иссле­до­ва­ли бес­ки­ле­вых птиц эму и бли­жай­ше­го род­ствен­ни­ка птиц, алли­га­то­ра. У обо­их видов заклад­ка поло­вых бугор­ков про­ис­хо­дит на одном и том же эта­пе эмбри­о­наль­но­го раз­ви­тия. Они раз­ви­ва­ют­ся сход­ным обра­зом до опре­де­лен­ной ста­дии, после кото­рой фор­ми­ро­ва­ние фал­ло­са у пету­хов пре­кра­ща­ет­ся и поло­вой буго­рок рас­са­сы­ва­ет­ся, в то вре­мя как в эмбри­оне селез­ней он про­дол­жа­ет рас­ти.

Гены, регу­ли­ру­ю­щие рост поло­во­го бугор­ка, извест­ны. В обо­их эмбри­о­нах они рабо­та­ют оди­на­ко­во и абсо­лют­но нор­маль­но. Реак­ция кле­ток на сиг­на­лы росто­вых фак­то­ров так­же не нару­ше­на. Но на опре­де­лен­ной ста­дии раз­ви­тия в пету­ши­ных эмбри­о­нах начи­на­ет­ся апо­птоз кле­ток на кон­чи­ке поло­во­го бугор­ка, как раз в то вре­мя, когда про­ис­хо­дит его редук­ция.

Мор­фо­ге­не­за без апо­пто­за не быва­ет. В поло­вом бугор­ке гусе­об­раз­ных он идет, но не очень актив­но. У эму апо­птоз кле­ток поло­во­го бугор­ка так­же слаб, а у эмбри­о­нов алли­га­то­ра вооб­ще еле заме­тен. А глав­ное – ни у одно­го из назван­ных видов апо­птоз не затра­ги­ва­ет кон­чик бугор­ка. Иссле­до­ва­те­ли заклю­чи­ли, что актив­ный апо­птоз кле­ток в этой обла­сти – эво­лю­ци­он­ное при­об­ре­те­ние куро­об­раз­ных. Но что мог­ло его вызвать?

Пер­вый кан­ди­дат – семей­ство кост­ных мор­фо­ге­не­ти­че­ских бел­ков (bone morphogenetic proteins – Bmp). Свое назва­ние они полу­чи­ли, посколь­ку пер­во­на­чаль­но уче­ные обна­ру­жи­ли их спо­соб­ность воз­дей­ство­вать на фор­ми­ро­ва­ние кости и хря­ща, хотя вооб­ще эти бел­ки регу­ли­ру­ют мор­фо­ге­нез раз­ных орга­нов, в том чис­ле поло­во­го бугор­ка (уста­нов­ле­но на мышах).

Иссле­до­ва­те­ли срав­ни­ли экс­прес­сию генов Bmp2, Bmp4 и Bmp7 у эмбри­о­нов селез­ня и пету­ха и обна­ру­жи­ли раз­ли­чия, воз­ни­ка­ю­щие на ста­дии, пред­ше­ству­ю­щей регрес­сии буду­ще­го фал­ло­са. В эмбри­о­нах селез­ня Bmp4 и Bmp7 экс­прес­си­ру­ют­ся толь­ко в кло­аке и в осно­ва­нии поло­во­го бугор­ка, в пету­ши­ных – по всей его длине, вклю­чая кон­чик, т.е. экс­прес­сия генов Bmp сов­па­да­ет в про­стран­стве и вре­ме­ни с вол­ной гибе­ли кле­ток поло­во­го бугор­ка.

Уче­ные забло­ки­ро­ва­ли дей­ствие бел­ка Bmp. Они насы­ти­ли пори­стые акри­ло­вые шари­ки рас­тво­ром бел­ка Noggin, кото­рый свя­зы­ва­ет Bmp и бло­ки­ру­ет его вза­и­мо­дей­ствие с рецеп­то­ра­ми. Эти шари­ки диа­мет­ром 125–250 мкм нало­жи­ли на одну сто­ро­ну поло­во­го бугор­ка кури­но­го эмбри­о­на до того, как он начал рас­са­сы­вать­ся. Noggin бло­ки­ро­вал апо­птоз кле­ток в тече­ние 24 часов, и та поло­ви­на поло­во­го бугор­ка, на кото­рой лежа­ли шари­ки, про­дол­жа­ла рас­ти. Раз­ни­ца в раз­ме­рах полу­чи­лась более чем шести­крат­ная (100,8 мкм про­тив 15,6 мкм). Шари­ки, про­пи­тан­ные ней­траль­ным буфе­ром, на апо­птоз не повли­я­ли. А если поло­жить на поло­вой буго­рок ути­но­го эмбри­о­на шари­ки, про­пи­тан­ные, Bmp2 (ана­ло­гом Bmp4), они вызо­вут апо­птоз и регрес­сию бугор­ка.

Иссле­до­ва­те­ли при­шли к заклю­че­нию, что актив­ность Bmp4 на кон­чи­ке поло­во­го бугор­ка необ­хо­ди­ма и доста­точ­на для апо­пто­за и регрес­сии фал­ло­са у куро­об­раз­ных. Эта актив­ность воз­ник­ла у них в ходе эво­лю­ции.

На вопрос о том, как пти­цы утра­ти­ли фал­лос, уче­ные отве­ти­ли, но оста­лось непо­нят­ным, какие пре­иму­ще­ства это дает самим пти­цам и поче­му сохра­нил­ся этот стран­ный при­знак. Об этом пока мож­но лишь гадать, хотя гипо­те­зы, конеч­но, есть.

Одна из них осно­ва­на на том, что копу­ля­ция с сам­цом, лишен­ным гени­та­лий, невоз­мож­на без актив­но­го уча­стия сам­ки. При­ну­дить ее к поло­во­му акту парт­нер не может. Пти­цы долж­ны точ­но сов­ме­стить отвер­стия кло­ак, и сам­ка выво­ра­чи­ва­ет вла­га­ли­ще. Таким обра­зом она кон­тро­ли­ру­ет отцов­ство, т.е. поте­ря фал­ло­са спо­соб­ству­ет уси­ле­нию роли сам­ки в выбо­ре поло­во­го парт­не­ра.

Соглас­но аль­тер­на­тив­ной точ­ке зре­ния, редук­ция фал­ло­са – побоч­ный резуль­тат при отбо­ре дру­го­го при­зна­ка. Гены, регу­ли­ру­ю­щие раз­ви­тие наруж­ных поло­вых орга­нов, кон­тро­ли­ру­ют так­же обра­зо­ва­ние

конеч­но­стей, кишеч­ни­ка, нерв­ной систе­мы, мышц и дру­гих струк­тур. В част­но­сти, изме­не­нию актив­но­сти генов Bmp в опре­де­лен­ных тка­нях пти­цы обя­за­ны так­же поте­рей зубов, раз­но­об­ра­зи­ем фор­мы клю­ва и перья­ми. Кста­ти, зачат­ки зубов, а так­же пер­во­го и послед­не­го паль­цев раз­ви­ва­ют­ся у пти­чьих эмбри­о­нов, но затем рас­са­сы­ва­ют­ся, как и поло­вой буго­рок. Воз­мож­но, актив­ность Bmp при фор­ми­ро­ва­нии раз­ных орга­нов кон­тро­ли­ру­ют одни и те же гене­ти­че­ские эле­мен­ты. Но даже если редук­ция фал­ло­са – не цель отбо­ра, а побоч­ный его резуль­тат, даль­ней­шее сохра­не­ние это­го при­зна­ка тре­бу­ет посто­ян­ных ста­би­ли­зи­ру­ю­щих уси­лий.

Как под­чер­ки­ва­ют авто­ры рабо­ты, гене­ти­че­ский меха­низм фор­ми­ро­ва­ния фал­ло­са у птиц не нару­шен, поэто­му тео­ре­ти­че­ски он может из руди­мен­тар­но­го орга­на пре­вра­тить­ся в функ­ци­о­наль­ный. Для это­го доста­точ­но моду­ля­ции актив­но­сти гена Bmp4. Воз­мож­но, имен­но это про­изо­шло с дре­вес­ны­ми кура­ми Cracidae, обла­да­те­ля­ми вполне функ­ци­о­наль­но­го фал­ло­са, хотя и не так хоро­шо раз­ви­то­го, как у гусе­об­раз­ных.

Уче­ные наме­ре­ны про­дол­жать срав­ни­тель­ные иссле­до­ва­ния. В част­но­сти, их инте­ре­су­ет, какой меха­низм при­вел к пол­ной редук­ции фал­ло­са у Neoaves.

Herrera et al., Developmental Basis of Phallus Reduction during Bird Evolution, Current Biology (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j. cub.2013.04.062

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: