Цена господства на суше: как у позвоночных произошла утрата способности регенерации

Перемещение позвоночных из воды на сушу стало одним из ключевых событий в истории биосферы, но оно привело и к негативным последствиям. В новой работе учёные выяснили, что утрата способности к регенерации у рептилий, птиц и млекопитающих стала своеобразной ценой за адаптацию к наземной жизни.

Долгое время вся жизнь на Земле была ограничена водной средой. Лишь в палеозое начали появляться первые растения, грибы и беспозвоночные, которые осваивали сушу. Хордовые, предшественники современных позвоночных, вышли на сушу позже, когда экосистемы уже были частично сформированы. Одним из таких первопроходцев был тиктаалик — древнее существо, находившееся на грани между рыбами и амфибиями.

Позже позвоночные стали доминирующими обитателями суши. От первых амфибий произошли рептилии, затем млекопитающие и птицы. Однако эта эволюционная успешность сопровождалась потерей способности восстанавливать утраченные части тела, что свойственно большинству наземных позвоночных.

В то время как рыбы и амфибии демонстрируют удивительные способности к регенерации, такие как восстановление конечностей, сердца и даже мозга, у рептилий, птиц и млекопитающих такие способности значительно ограничены. Исключение составляют лишь немногие виды, например, ящерицы, которые могут регенерировать хвост. Но в целом, наземные амниоты (рептилии, птицы и млекопитающие) утратили способность к полноценной регенерации.

Исследователи из ИБХ РАН и РНИМУ выявили, что причиной утраты регенеративных способностей стало усложнение физиологических процессов, таких как усиление иммунитета, ороговение кожи, переход к теплокровности и увеличение размеров тела. Эти изменения привели к утрате множества генов и регуляторных элементов ДНК, которые играли ключевую роль в регенерации.

Интересно, что позвоночные утратили свои способности к восстановлению задолго до того, как их геномы потеряли необходимые для этого гены. Примерно 150 таких генов у рыб и амфибий активны на начальной стадии регенерации, сразу после травмы. Их утрата у высших позвоночных, включая человека, не оказала фатального влияния на выживаемость, поскольку они не играют ключевой роли в эмбриональном развитии.

Статья также подчеркивает, что восстановление утраченной конечности у человека может стать возможным с помощью тканевой инженерии. Для этого сначала нужно создать эмбриональный зачаток конечности, который впоследствии может вырасти в полноценный орган.

Уточнения

Регенера́ция (лат. regeneratio – восстановление) — способность живых организмов со временем восстанавливать повреждённые ткани, а иногда и целые потерянные органы. Регенерацией также называется восстановление целого организма из его искусственно отделённого фрагмента (например, восстановление гидры из небольшого фрагмента тела или диссоциированных клеток).