Не так давно учёные "отключили" ген, отвечающий за частичное развитие и формирование головы жуков семейства Scarabaeidae, и вот результат: насекомое тут же "вылупилось" с дополнительным набором развитых глаз прямо в середине головы. Порой они формировались в один большой третий глаз. И теперь исследователи точно узнали, что эти дополнительные глаза ещё и функционируют.
Биологи из Индианского университета в прошлом году обнаружили, что ген orthodenticle предотвращает развитие дополнительных глаз у того самого жука семейства Scarabaeidae. Но стоило учёным "отключить" этот ген, как у жуков появлялся дополнительный глаз (или даже пара глаз). Поясним, что таким образом никто не хотел поиздеваться над насекомыми, это обычная практика: чтобы узнать, как что-то работает, нужно разобрать это по частям и увидеть, какие изменение произошли.
В новом же эксперименте, результаты которого опубликованны в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, та же команда учёных применила сканирующий электронный микроскоп. Таким образом они смогли обнаружить, что новые глаза обладают сложной структурой, соединённой с нервной системой жука.
Иными словами, эти глаза не были ни декоративными, ни лишними образованиями, вдруг появившимися на голове у насекомого. Жуки, по словам учёных, вполне могли ими пользоваться, как и другими глазами.
"Проект начался по сути со случайности", — говорит в интервью изданию Live Science Армин Можек (Armin Moczek), биолог из Индианского университета и ведущий автор исследования.
Специалисты поставили перед собой неординарную задачу: узнать, как различные гены определяют организацию и структуру головы жука, поясняет Можек.
"Но то, что у нас появился дополнительный глаз, — стало совершенно непредсказуемой вещью", — добавляет учёный.
На протяжении многих лет исследователи применяют генетические модификации для выращивания необычных частей тела у животных или для создания совершенно новых животных. Недавние примеры: выращивание человеческого уха на спине лабораторной крысы или создание гибрида свиньи и человека.
Но дополнительные очи жуков сформировались по сути сами по себе (без каких-либо специальных на то манипуляций): вместо того, чтобы умышленно выращивать глаза, учёные попросту уничтожили существующие профилактические меры, заложенные в генетический код жука.
"В середине головы появилась какая-то любопытная структура, когда мы присмотрелись, мы поняли, что перед нами нечто похожее на глаза насекомых, которые обычно расположены по бокам их головы", — рассказывает Эдуардо Заттара (Eduardo Zattara), работавший в лаборатории Можека. Он является ведущим автором исследования.
Примечательно, что дополнительные глаза можно вырастить у плодовых мушек, причём тем же самым способом, однако дополнительные генетические механизмы предотвратят интеграцию глаз с нервной системой мушек. Иными словами, насекомые даже не смогут при их помощи видеть мир, говорит Можек.
Заттара поясняет, что глаза у таких мушек в принципе были абсолютно развитыми, но они как бы не были "подключены" к мозгу, поэтому не могли передать какую-либо визуальную информацию.
Исследователи, решив выяснить, работают ли дополнительные глаза жуков, взяли насекомых на стадии личинок и уничтожили особые клетки. Последние отвечали за развитие обыкновенных глаз. Затем учёные светили на новые глаза, и в конце концов насекомые опускали головы или отворачивались. Реакция была такая же, как если бы жуку светили в его обыкновенные глаза.
По словам авторов работы, поскольку дополнительные глаза обеспечивали жуков сенсорным сигналом, это означает, что сформированные структуры интегрировались с центральной нервной системой.
По мнению Можека, выводы исследования помогут объяснить, как генетические коды животных определяют, какие структуры идут в ход и как работает вся система в целом. Также исследовательская группа надеется, что появление сложных структур в результате простых генетических манипуляций прольёт свет на эволюцию глаз.
Можек поясняет: для развития сложных органов (глаза или мозг) необходим весь генетический код организма. Но впервые глаза возникли у животных в своём совершенном виде после перестройки существующих генетических компонентов.
"Многие полагают, что эволюция сложного признака требует комплексного изменения на генетическом уровне. Наши результаты подтверждают несколько иные выводы: это не обязательно так", — говорит Заттара.
Он объясняет, что их манипуляция с всего одним геном породила новые и функциональные структуры. То есть их выводы идут против того, чего ожидали увидеть учёные.
