Цыплятам вырастили динозавровые ноги

Манипулируя с геномом куриных эмбрионов, ученые запустили развитие костей их голени по древнему сценарию и получили конечности, напоминающие ноги динозавров. Детали этой трансформации раскрыли неожиданные подробности процесса, который привел к появлению современных птиц. О новой работе ученые рассказывают в статье, опубликованной журналом Evolution. Кратко ее описывает пресс-релиз Чилийского университета.
Голени древних ящеров – как и наши – включали две кости, большую и малую, которые соединяли стопу с коленом. Однако уже у некоторых летавших динозавров малая берцовая кость стала уменьшаться, так что у современных птиц ее рост прекращается еще в ходе эмбрионального развития. Она утончается кверху и срастается с большой берцовой, образуя единую крупную кость голени. Исследователям из команды Александра Варгаса (Alexander Vargas) удалось в определенной степени остановить этот процесс.
Для этого авторы манипулировали активностью белка IHH, участвующего в работе сигнального пути Hedgehog – одного из ключевых в регуляции эмбрионального развития и формирования костей (остеогенезе). В частности, IHH участвует в дифференциации и созревании хондроцитов в процессе эндохондральной оссификации и образования губчатого вещества многих костей. Действие IHH опосредует белок, ассоциированный с паратиреоидным гормоном (PTHrP).
Работу проводили на нескольких видах птиц – курицах, утках-кряквах, чилийских тинаму, амадинах, голубях, волнистых попугайчиках. Извлеченные из яиц эмбрионы окрашивали с помощью иммунофлуоресентных меток, которые позволяли увидеть строение их скелетов и содержание в них белка PTHrP. Экспериментальным экземплярам предварительно вводили ингибитор Hedgehog-белков циклопамин (Cyclopamine), что в итоге и приводило к формированию большой, тянущейся от «стопы» до «колена» малой берцовой кости.

При этом обнаружилось, что остановка ее роста у птиц происходит по довольно необычному сценарию: вместо того, чтобы распространяться от центра к концам кости, первым замедляет увеличение именно дистальный (дальний от центра) ее конец. Ученые предполагают, что виной тому – особая анатомия нижних конечностей птиц. Пяточная кость, очень тесно прилегающая к дальнему концу малой берцовой, может создавать для ее клеток такое же окружение, которое больше свойственно клеткам, находящимся глубоко в середине тела кости. Поэтому рост ее здесь останавливается, она оссифицируется – и снова расходится с пяточной костью.
В самом деле, при подавлении IHH в пяточной кости отмечалась высокая экспрессия белка PTHrP, который поддерживал активный рост дистального конца малой берцовой кости. У таких эмбрионов она формировалась длинной, несрощенной с большой, и тянулась до самого голеностопа, напоминая больше голень археоптерикса, а не современной птицы.
Стоит сказать, что нынешняя работа – далеко не первая попытка «развернуть вспять» эволюционное развитие пернатых. Их близость вымершим ящерам настолько впечатляет, что некоторые ученые прогнозируют появление возможности «воссоздать» вымерших ящеров, манипулируя геномом современных птиц. Такие работы проводит команда профессора Университета Монтаны Джека Хорнера (Jack Horner) – в прошлом году палеонтологи сумели получить куриные эмбрионы, предчелюстная кость которых не слилась воедино, образуя клюв, а осталась почти в том виде, который она имела еще у велоцирапторов. В другой работе ученые предложили изучать походку двуногих динозавров без какого-либо изменения анатомии птиц — с помощью протеза, навешиваемого на хвост цыпленка. 

Роман Фишман