Редукция конечностей происходила многократно в разных группах наземных позвоночных, в том числе у ящериц. Детальный филогенетический анализ австралийских ящериц рода Lerista показал, что процесс утраты конечностей шел независимо во многих эволюционных линиях и был необратимым. Вопреки прежним гипотезам, в эволюции Lerista утраченные части передних и задних конечностей никогда не восстанавливались. Однако у других ящериц такое иногда случалось.

Вверху: ящерица Lerista microtis с хорошо развитыми пятипалыми конечностями. Внизу: Lerista ameles — вид, почти полностью утративший конечности. Фото Марка Хатчинсона, одного из авторов обсуждаемой статьи в BMC Evolutionary Biology, с сайта www.hermonslad
Вверху: ящерица Lerista microtis с хорошо развитыми пятипалыми конечностями. Внизу: Lerista ameles — вид, почти полностью утративший конечности. Фото Марка Хатчинсона, одного из авторов обсуждаемой статьи в BMC Evolutionary Biology, с сайта www.hermonslade.org.au

Позвоночные вышли на сушу в конце девонского периода (около 370 млн лет назад), имея в своем распоряжении две пары полностью сформированных конечностей с пальцами. Потому-то всех наземных позвоночных — амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих — называют тетраподами (четвероногими). Наличие конечностей, однако, не является обязательной чертой всех тетрапод. Во многих эволюционных линиях конечности были частично или полностью утрачены, причем началось этого чуть ли не сразу после выхода на сушу. Например, уже в каменноугольном периоде (300–360 млн лет назад) процветали безногие амфибии — аистоподы (Aistopoda). В дальнейшем редукция конечностей многократно происходила у различных амфибий (Apoda), рептилий (змеи, многие ящерицы); передние конечности редуцировались у некоторых птиц, задние — у китообразных и т. д.

У чешуйчатых рептилий (ящерицы и змеи) тенденция к утрате конечностей проявляется с особой настойчивостью: считается, что утрата хотя бы одной кости передних или задних ног произошла независимо по меньшей мере в 53 эволюционных линиях чешуйчатых.

Австралийские ящерицы-леристы, относящиеся к семейству сцинковых, представляют собой один из самых удобных объектов для изучения редукции конечностей. Род Lerista включает более 70 видов, демонстрирующих едва ли не все возможные стадии утраты передних и задних ног — от хорошо развитых пятипалых конечностей до их полного отсутствия. Между этими двумя крайностями в пределах рода можно выделить около 20 промежуточных состояний.

Чтобы в деталях изучить динамику эволюции конечностей в роде Lerista, Адам Скиннер (Adam Skinner) и его коллеги из Университета Аделаиды (Австралия) составили весьма надежную филогенетическую реконструкцию (эволюционное древо) на основе нуклеотидных последовательностей одного ядерного и пяти митохондриальных генов 72 видов лерист. До сих пор столь подробные молекулярные данные не были доступны, и поэтому многие детали эволюции лерист оставались неясными.

Важно, что эволюционное древо было построено на основе независимых молекулярно-генетических данных без учета сведений о строении конечностей. Имея эволюционное древо и зная строение конечностей для каждого из 72 видов, авторы смогли реконструировать строение конечностей у вымерших представителей рода — общих предков тех или иных групп современных видов (см. рисунок). Эти неизвестные науке вымершие леристы соответствуют узлам (точкам ветвления) эволюционного древа.

Математический анализ полученной таким образом эволюционной реконструкции показал, что в эволюции лерист редукция конечностей, по-видимому, всегда была необратимой: скорее всего, не было ни одного случая, когда хотя бы один утраченный палец на передних или задних ногах впоследствии восстановился. Это противоречит выводам, сделанным ранее другими авторами на основе менее надежных исходных данных.

Заключение о необратимости утраты пальцев можно считать совершенно достоверным для передних конечностей, тогда как с задними ногами ситуация несколько сложнее. Формальный математический анализ показывает, что на задних ногах утраченные пальцы могли иногда восстанавливаться, однако в этом случае приходится признать, что в прошлом существовали леристы с такими конфигурациями пальцев, которые у современных видов не встречаются (например, формы, у которых на передних ногах было больше пальцев, чем на задних — у современных лерист такого не бывает). Гипотеза о необратимости редукции пальцев на задних ногах представляется более вероятной, потому что она не требует подобных допущений: она предполагает, что все вымершие леристы имели вполне «реалистичные» конфигурации пальцев, встречающиеся и у современных видов.

Анализ показал поразительно высокую скорость редукции конечностей у лерист. Этот род ящериц появился 13,4 млн лет назад (возраст определен при помощи метода «молекулярных часов»), и за это время произошло много десятков независимых эволюционных событий, ведущих к частичной или полной утрате конечностей. Первые леристы имели две пары пятипалых конечностей. Упрощение исходной пятипалой конечности произошло независимо 11 раз. В результате одного из этих событий возникла четырехпалая конечность, которая затем подвергалась дальнейшему упрощению не менее семи раз в разных эволюционных линиях. Полная утрата всех пальцев на передних и задних ногах произошла независимо в четырех линиях.

Самая быстрая редукция конечностей наблюдалась у предков видов humphriesi и praepedita: в данном случае процесс превращения ящерицы с пятью пальцами на каждой ноге в форму, полностью лишенную ног, занял не более 3,6 млн лет. Ранее считалось, что минимальное время, необходимое для такого эволюционного преобразования у ящериц, составляет примерно 16 млн лет.

Необходимо подчеркнуть, что леристы (как и другие чешуйчатые рептилии), разумеется, не ставили себе целью побыстрее избавиться от ног. Иллюзия ортогенеза — строго направленного развития, напоминающего движение к заранее намеченной цели, — в данном случае могла возникнуть просто из-за того, что редукция конечностей в результате случайных мутаций является намного более вероятным событием, чем их последующее восстановление. Многие «промежуточные» состояния на пути от полностью развитых пятипалых конечностей к безногости в действительности являются адаптивно выгодными состояниями, соответствующими определенной среде обитания и образу жизни, и могут устойчиво сохраняться и поддерживаться отбором в течение миллионов лет.

Полученные результаты вовсе не исключают принципиальной возможности восстановления утраченных конечностей или их частей. По-видимому, это иногда происходило в других группах чешуйчатых рептилий. В частности, известны вполне надежно подтвержденные случаи восстановления утраченных пальцев у ящериц рода Bachia. Характерно, что у видов Bachia с «восстановленными» пальцами наблюдается весьма необычное соотношение числа фаланг: 0.2.2.2.2 и 2.2.2.2.0 для передней и задней конечности соответственно (исходной для чешуйчатых рептилий является формула 2.3.4.5.3 для передней ноги и 2.3.4.5.4 — для задней).

В пользу принципиальной возможности восстановления недавно редуцированных конечностей свидетельствует и тот факт, что гены — регуляторы индивидуального развития, переставшие в ходе эволюции экспрессироваться (работать), могут сохранять функциональность довольно долго — от 0,5 до 6 млн лет (Marshall et al., 1994. Dollo's law and the death and resurrection of genes). Лишь после этого накапливающиеся в отключенном гене мутации портят его безвозвратно. Таким образом, восстановление утраченных конечностей в принципе возможно, но происходит, по-видимому, довольно редко.

Источник : Adam Skinner, Michael S. Y. Lee, Mark N. Hutchinson. Rapid and repeated limb loss in a clade of scincid lizards // BMC Evolutionary Biology. 2008. V. 8. P. 310.

(elementy.ru Александр Марков)

Ещё в разделе

Новые данные позволили уточнить родословную животного царства

Новое уточненное эволюционное древо животного царства, основанное на анализе рекордного числа генов и типов животных, позволило разрешить многие спорные вопросы эволюции и систематики.

Дарвиновскому музею — сто лет

Дарвиновский музей, столетие которого отмечается в эти дни, занимает совершенно особое место среди всех музеев. Его коллекции изначально формировались как собрание экспонатов, иллюстрирующих всего лишь одну научную теорию — правда, такую, которая переверн

Происхождение хордовых животных

Хордовые - один из крупнейших типов животного царства, представители которого освоили все среды обитания. В состав этого типа входят три группы (подтипа) организмов: оболочники (в том числе живущие на дне морские сидячие организмы - асцидии), бесчерепные

Эволюция и психика

Задачей настоящей статьи является разбор вопроса о значении различных способов, посредством которых совершается приспособительная эволюция животных и определение, какую роль играют эти отдельные факторы и приспособлении животных к окружающей среде. Дело в

Еще раз о происхождении человека

Одна из интереснейших и сложнейших тем, изучаемых в курсе общей биологии, – происхождение человека. Где, когда и как возник род человеческий? Как он расселился по Земле?

Загадка начала жизни.

Описав понимание учеными механизмов эволюции, пора рассказать о том, как она, по нынешним представлениям, шла. Как мы видели, само понимание задач эволюционизма в п оследние полвека поменялось: мы не согласны теперь рассматривать эволюцию просто как смен

Обезьяний_Процесс.ru: Эволюция мастдай!

Умный питерский писатель Андрей Лазарчук недавно меланхолично заметил в своем ЖЖ, что едва ль не все "цивилизованные" страны проходили в свое время через "Обезьяньи процессы": "Поздравляю всех со вступлением России в этот клуб избранных. Это, наверное, та

Первые организмы

Самые первые системы, способные эволюционировать под действием естественного отбора, видимо, были устроены иначе, чем современные организмы, и имели иной состав. Ими могли быть кристаллы глины

В Эфиопии обнаружен самый древний скелет человека

В Эфиопии обнаружен самый древний скелет человека

Археологи в очередной раз смогли доказать теорию Дарвина о видах и эволюции. Обнаруженный скелет древнейшего человека позволил раскрыть детали развития человечества на Земле. «Прабабушка» - именно так назван один из старейших скелетов. В научных кругах находку женского пола уже назвали именем Арди.

Дарвинизм и генетика

Дарвинизм и генетика

В биологии насчитывается более 30-ти версий развития биосферы Земли, авторы которых пытались понять и сформулировать закономерности прогрессивного развития жизни. По мнению научного сообщества наиболее удачной была дарвиновская модель эволюции. «Однако после победного накопления фактов, наступило время, когда на первый план стали выходить необъяснимые с точки зрения классического дарвинизма явления»(Д.А.Шабанов). Особенно конкретизировалась ревизия фундаментальных положений дарвинизма с появлением генетики.

Как зародилась жизнь?

Как зародилась жизнь?

Построена новая теория зарождения жизни на Земле, согласно которой переход от разнородных органических молекул к первым живым организмам включал четыре взаимосвязанных эволюционных этапа. На первом этапе формировались молекулярные системы, преобразующие энергию УФ-излучения в химическую энергию, на втором и третьем усложнялась структурно-функциональная организация этих систем, шла селекция их компонентов, возрастал энергетический потенциал, а на четвертом образовались живые клетки.

Как оживают кости ящеров?

Как оживают кости ящеров?

Доисторические чудовища, топающие и скачущие на экранах кинотеатров и телевизоров, давно стали привычным зрелищем, и порой забываешь, что никто из людей никогда не видел живьем ни одного динозавра или индрикотерия. Для того чтобы понять, как двигались древние животные, у науки есть лишь их окаменевшие скелеты, часто неполные.

Подведены итоги эволюционного эксперимента длиной в 40 000 поколений

Подведены итоги эволюционного эксперимента длиной в 40 000 поколений

В ходе уникального эксперимента, длившегося более 20 лет, удалось детально проследить эволюционные изменения, происходившие в популяции кишечной палочки Escherichia coli в течение 40 000 поколений. В первой половине эксперимента в популяции фиксировались в основном полезные мутации, повышавшие приспособленность бактерий.

Новое в науке о динозаврах

Новое в науке о динозаврах

Новейшие достижения техники в дополнение к старейшим положениям сравнительной анатомии помогают глубже заглянуть в мир динозавров. Многие аспекты анатомии и биологии динозавров уже поддаются расшифровке: можно довольно уверенно судить об образе жизни разных динозавров, механике их ходьбы, бега, движения челюстей и головы, о строении костей, мозга, дыхательной системы, органах чувств и даже популяционной динамике.

Тираннозавры погибли от венерических заболеваний

Тираннозавры погибли от венерических заболеваний

Самых знаменитых хищных динозавров – тираннозавров рекс – убил не астероид, как принято думать. По мнению палеонтологов, древних гигантских животных сгубил банальный трихомоноз.

Древо жизни завивается в кольца

Известный специалист по эволюции микробов Джеймс Лейк привел веские аргументы в пользу того, что наиболее успешная и разнообразная группа прокариот, сыгравшая ключевую роль в развитии жизни на Земле возникла в результате слияния других бактерий

Кости и лёгкие оспаривают связь динозавров с птицами

Начиная с 90-х годов прошлого века палеонтологи разделились на два лагеря. Большая часть считает неоспоримой теорию о происхождении птиц от динозавров, меньшая — всё больше сомневается в ней и приводит новые доказательства обратного

Цепная реакция видообразования

Американские биологи получили яркое подтверждение теории, согласно которой рост биоразнообразия может быть автокаталитическим (самоускоряющимся) процессом

Оценка:

Пока комментариев нет