№ 2(11)

Май – июнь

Russian Traveler №2(11) 2024

Ученые превратили чешую в перья, изменив всего несколько генов у цыплят

Фото: Cooper & Milinkovich

Ноги птиц покрыты мелкими роговыми пластинами – чешуйками, но после эксперимента они обросли перьями.

Перья, мех и чешуя, украшающие разных представителей животного мира, могут выглядеть совершенно по-разному, но все они сделаны из одного и того же материала. И, как оказалось, требуется всего лишь немного «подкрутить» гены, чтобы заменить одно другим.

Наглядный пример этого продемонстрировали генетики Мишель Милинкович и Рори Купер из Женевского университета в Швейцарии. Они изменили гены эмбрионам цыплят таким образом, чтобы на их обычно чешуйчатых ногах выросли перья. Ученые сообщают, что полученные таким образом изменения являлись постоянными: ноги цыплят будут покрыты перьями на протяжении всей их жизни.

В своем эксперименте они использовали ген, который получил название в честь ежа Соника из популярной серии видеоигр и мультфильмов (семейство генов так и называется – Sonic Hedgehog, сокращенно SHH).

«Мы cмогли продемонстрировать на курицах полный и постоянный переход от сетчатой чешуи к перьям на вентральных поверхностях стопы и пальцев. В результате эктопические перья по развитию сопоставимы с перьями, украшающими тело, при этом перья пухового типа переходят в регенеративные двусторонне-симметричные контурные перья у взрослых цыплят», – пишут исследователи.

Ранее лаборатория Милинковича продемонстрировала, что гены, отвечающие за развитие зубов, чешуи, волос и перьев находятся в близком родстве, так что покровы кожи легко меняются один на другой. Поэтому в ходе эволюции у динозавров, например, возникло много видов оперения и чешуи, хотя мы и привыкли представлять их больше похожими на рептилий. 

Развитие перьев, чешуи и волос начинается со структур в коже, известных как плакоды – они утолщаются, а затем начинают превращаться в чешую, шипы или любой другой покров кожи разных животных.

SHH играет ключевую роль в развитии всех этих покровов. Например, он определяет форму, многообразие, расположение перьев у птиц и развитие волосяных фолликулов у других животных.  

Объектом этого исследования были цыплята-бройлеры, у которых были неоперенные чешуйчатые ноги. Исследователи взяли эмбрионов цыплят, которые все еще находились в яйце, и ввели им вещество, которое способствует передаче сигналов пути SHH, чтобы вызвать рост перьев в областях, обычно покрытых чешуйчатой ​​кожей.

«Мы использовали классическую технику просвечивания яиц, при которой мощный фонарь освещает кровеносные сосуды внутри яичной скорлупы. Это позволило нам точно обработать куриные эмбрионы молекулой, которая специфически активирует путь SHH, введенной непосредственно в кровоток», – пишут исследователи.

Это сработало. Когда цыплята вылупились, их обычно лысые ноги были покрыты пушистыми ювенильными перьями, похожими на те, что покрывают их тела. И по мере того, как росли цыплята, росли и перья. Одной обработки яйца было достаточно, чтобы вызвать переход от чешуек к перьям.

Это открытие имеет значение для нашего понимания того, как животные развивались и диверсифицировались. Естественные вариации в передаче сигналов гена SHH, вероятно, являются эволюционной движущей силой разнообразия покровов кожи, и этого разнообразия было не особенно трудно достичь.

«Наши результаты показывают, что эволюционный скачок – от чешуи к перьям – не требует больших изменений в составе или экспрессии генома. Вместо этого временное изменение экспрессии одного гена, SHH, может сформировать перья вместо чешуи», – заключают авторы работы.