Кожный скелет плавников помог создать конечности наземных позвоночных
Еще до формирования пальцев в конечностях четвероногих сеть кожных лучей парных плавников у некоторых лопастеперых упрощалась, число этих лучей уменьшалось, а верхняя сторона плавника приобретала отличия от нижней, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Эти преобразования облегчили древним позвоночным передвижение по илистому субстрату и стали важным этапом на пути к образованию многопалых конечностей четвероногих.
Строение позвоночных при их выходе на сушу сильно изменилось, и едва ли не больше всего модификаций претерпели их конечности. Если у рыб это плавники со множеством костных и кожных лучей, то у четвероногих (это общее название для всех наземных позвоночных, включая птиц) в составе конечностей лучей нет, а есть пальцы.
При изучении эволюции конечностей чаще всего обращают внимание на костные лучи в составе плавников лопастеперых рыб — предполагаемых предков тетрапод. Кожные лучи исследуют далеко не так подробно. Они хуже сохраняются, и порой их даже удаляют с ископаемых остатков, чтобы лучше были видны костные элементы плавников.
Палеонтологи из Чикагского университета, Висконсинского университета в Парксайде и Дрексельского университета во главе с Нилом Шубиным (Neil Shubin), напротив, решили сравнить детали строения кожных лучей плавников животных, близких к первым тетраподам. Для этого они применили компьютерную микротомографию.
Ученые сделали серии виртуальных срезов грудных плавников останков взрослых особей и молоди Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi и Tiktaalik roseae. Эти виды относят к тетраподоморфам — группе, которая включает в себя предполагаемые переходные формы от лопастеперых рыб к четвероногим (и самих четвероногих тоже). Sauripterus считается наиболее древним и примитивным из трех, Tiktaalik — наиболее продвинутым и похожим на тетрапод.
Исследователи сосредоточились на взаимном расположении кожных и костных лучей грудных плавников. Они определяли, как эти лучи расположены по отношению к костным, оценивали их число и длину.
Оказалось, что чем ближе вид к четвероногим, тем меньше в его грудных плавниках кожных лучей. Что еще интереснее, кожные лучи дорсальной (спинной) и вентральной (брюшной) сторон этих плавников имеют неодинаковую длину и в разной степени «накладываются» на костные лучи. Эта асимметрия наиболее выражена у тиктаалика, и по ней авторы предположили, что это животное имело функциональное подобие ладоней, то есть нижняя сторона грудного плавника несла на себе много мышц.
Вероятно, мышцы «ладони» тиктаалика помогали ему отталкиваться от илистого дна мелких водоемов, где он, предположительно, обитал, и даже совершать короткие перемещения по суше. Ранее асимметрию дорсальной и вентральной сторон парных плавников у тех, кто еще не вышел на сушу и не имел пальцев, подробно не исследовали.
У современных донных костистых рыб тоже есть различия в устройстве лучей с разных сторон грудного плавника. Это важно, поскольку конечности тех, кто держится близко к дну, испытывают сходные нагрузки с плавниками тех, кто пытается передвигаться по суше или в очень неглубокой воде. Всем таким рыбам необходимо отталкиваться от твердого субстрата, а в этом могут помочь мышцы на вентральной стороне плавника. Авторы напоминают, что это надо учитывать при изучении выхода позвоночных на сушу, поэтому ограничиваться рассмотрением только костных лучей плавников тетраподоморф неправильно.
В 2016 году Нил Шубин и коллеги показали, что за формирование лучей в плавниках костистых рыб отвечают те же гены, что и за образование пальцев у четвероногих. Они предположили, что пальцы наземных позвоночных образуются из тех же структур, из которых у рыб появляются плавниковые лучи. Тогда эксперименты проводили на ныне живущей рыбке данио-рерио.
Светлана Ястребова
С помощью модуляции дофаминовой сигнализации
Американские ученые разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Введение этого вектора макакам-резусам с симптомами алкоголизма снижало вероятность злоупотребления алкоголя в течение года. Как сообщается в журнале Nature Medicine, такое изменение в поведении сопровождалось нейрофизиологическими модуляциями дофаминовой сигнализации в прилежащем ядре, которая обычно страдает при хроническом употреблении алкоголя. Несмотря на то, что расстройства, связанные с употреблением алкоголя, наносят огромный экономический и социальный ущерб, существует лишь несколько эффективных фармакотерапевтических средств. При этом не существует подходов, которые бы непосредственно воздействовали на лежащие в основе адаптации нейронные контуры, которые формируются при длительном употреблением алкоголя и лежат в основе алкогольной зависимости. Команда ученых под руководством Кристофа Банкевича (Krystof Bankiewicz) из Университета штата Огайо исследовала, как на эти схемы мог бы повлиять глиальный нейротрофический фактор (GDNF), поскольку известно, что он принимает непосредственное участие в регуляции дофаминергических нейронов (они непосредственно связаны с развитием алкоголизма). Для этого авторы разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий GDNF. Поскольку неспособность длительно отказываться от алкоголя и неспособность сократить количество потребляемого алкоголя выступают двумя основными проблемами у людей с алкогольной зависимостью, ученые смоделировали такое поведение у макак. Они многократно повторяли циклы ежедневного опьянения с последующим воздержанием от алкоголя. Когда необходимые паттерны поведения были достигнуты, макаки-резусы четыре недели пили воду вместо этанола. Затем каждой обезьяне в мозг вводили либо экспериментальный, либо контрольный вектор. Через два месяца макакам возобновили доступ к алкоголю на четыре недели. В общей сложности ученые шесть раз повторили циклы принудительного воздержания и повторного введения алкоголя, чтобы смоделировать подобные циклы. Экспериментальный вектор значительно снижал потребление алкоголя в периоды повторного введения алкоголя в течение года (р ≤ 0,001). Причем у макак из экспериментальной группы наблюдалось снижение максимальной дозы потребляемого алкоголя уже в первый день после абстиненции (р ≤ 0,0001). Магнитно-резонансная томография и гистологические исследования тканей мозга показали, что лечение вектором с GDNF восстанавливало дофаминергическую функцию в прилежащем ядре, которая обычно снижена в мезолимбической системе после хронического употребления алкоголя. Повышенная экспрессия GDNF увеличивала доступность и использование дофамина в пути вознаграждения макак до значений, сравнимых со здоровыми макаками. Это доклиническое исследование показывает возможность нового подхода к лечению алкоголизма — с помощью генной терапии. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подробного профиля безопасности препарата у животных. Недавно мы рассказывали, что тягу к алкоголю (и другим веществам) можно зафиксировать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.