13.08.2013 Views

Завантажити статтю в pdf-форматі

Завантажити статтю в pdf-форматі

Завантажити статтю в pdf-форматі

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

ГЕНЕТИЧНІ ТА МОРФОГЕНЕТИЧНІ ТРАНСФОРМАЦІЇ НА РАННІХ ЕТАПАХ ЕВОЛЮЦІЇ РУКОКРИЛИХ: КОРОТКИЙ ОГЛЯД<br />

УДК 599.4:575.8<br />

ГЕНЕТИЧНІ ТА МОРФОГЕНЕТИЧНІ ТРАНСФОРМАЦІЇ<br />

НА РАННІХ ЕТАПАХ ЕВОЛЮЦІЇ РУКОКРИЛИХ: КОРОТКИЙ ОГЛЯД<br />

167<br />

І. І. Дзе<strong>в</strong>ерін<br />

Інститут зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України<br />

<strong>в</strong>ул. Богдана Хмельницького, 15, Киї<strong>в</strong>-30 01601, Україна<br />

e-mail: dzeverin@izan.kiev.ua<br />

Дослідження останніх рокі<strong>в</strong> <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>или деякі з генетичних і морфогенетичних перебудо<strong>в</strong>,<br />

якими було забезпечено поя<strong>в</strong>у здатностей до польоту і до ехолокації на<br />

ранніх етапах е<strong>в</strong>олюції рукокрилих (Chiroptera). Форму<strong>в</strong>ання цих унікальних особли<strong>в</strong>остей,<br />

пе<strong>в</strong>но, було зумо<strong>в</strong>лено зміною як структурних гені<strong>в</strong>, так і систем генної<br />

регуляції.<br />

Ключо<strong>в</strong>і сло<strong>в</strong>а: Chiroptera, е<strong>в</strong>олюція, структурні гени, генна регуляція, крило<br />

рукокрилих, ехолокація.<br />

Рукокрилі, або кажани (Chiroptera) належать до найбільш спеціалізо<strong>в</strong>аних серед<br />

сучасних сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> [5]. Їхня будо<strong>в</strong>а зазнала значних трансформацій унаслідок<br />

пристосу<strong>в</strong>ання до сило<strong>в</strong>ого польоту (особли<strong>в</strong>о це стосується локомоторного апарату);<br />

до того ж більшість рукокрилих здатна до ехолокації. Е<strong>в</strong>олюційні тренди та<br />

механізми е<strong>в</strong>олюції рукокрилих <strong>в</strong>ідомі лише <strong>в</strong> загальних рисах.<br />

Морфологічна ди<strong>в</strong>ерсифікація і стазис<br />

Уже найприміти<strong>в</strong>ніші з <strong>в</strong>ідомих рукокрилих – еоцено<strong>в</strong>і Onychonycteris та Icaronycteris<br />

– були надз<strong>в</strong>ичайно подібними зі сучасними формами [7, 21, 24, 40, 41].<br />

Будо<strong>в</strong>а їхніх органі<strong>в</strong> локомоції принципо<strong>в</strong>о така сама, як і <strong>в</strong> сучасніших кажані<strong>в</strong>; безперечно,<br />

ці приміти<strong>в</strong>ні форми <strong>в</strong>же були здатні до сило<strong>в</strong>ого польоту [7, 21, 24, 40, 41].<br />

По суті, форму<strong>в</strong>ання скелета <strong>в</strong> рукокрилих за<strong>в</strong>ершилося приблизно тоді, коли у при-<br />

маті<strong>в</strong> чи непарнокопитних <strong>в</strong>оно ще тільки починалося [5]. . Темпи Темпи подальшої подальшої морфо- морфо морфо морфо морфо<br />

логічної е<strong>в</strong>олюції кажані<strong>в</strong> були досить низькі порі<strong>в</strong>няно з темпами е<strong>в</strong>олюції інших<br />

сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong>, демонструючи цим яскра<strong>в</strong>ий приклад е<strong>в</strong>олюційного стазису [5, 20].<br />

Водночас консер<strong>в</strong>атизм осно<strong>в</strong>них скелетних ознак у е<strong>в</strong>олюції рукокрилих поєдну<strong>в</strong>а<strong>в</strong>ся<br />

з інтенси<strong>в</strong>ною ди<strong>в</strong>ерсифікацією за деталями будо<strong>в</strong>и. Вия<strong>в</strong>лено значну не<strong>в</strong>ідпо<strong>в</strong>ідність<br />

між морфологічною та молекулярною класифікаціями на рі<strong>в</strong>ні роді<strong>в</strong><br />

і <strong>в</strong>иді<strong>в</strong>, отже, можна припускати, що під час їхньої е<strong>в</strong>олюції <strong>в</strong>ідбу<strong>в</strong>алися ш<strong>в</strong>идкі<br />

ди<strong>в</strong>ергентні зміни та масштабні кон<strong>в</strong>ергенції [33, 34, 36, 39]. Є дані, що на <strong>в</strong>ідносно<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


168 І. І. Дзе<strong>в</strong>ерін<br />

коротких часо<strong>в</strong>их інтер<strong>в</strong>алах темпи їх е<strong>в</strong>олюційних перет<strong>в</strong>орень були значно <strong>в</strong>ищими<br />

й цілком порі<strong>в</strong>нянними з темпами е<strong>в</strong>олюції інших сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong>. Темпи ди<strong>в</strong>ергенції<br />

краніометричних ознак, що їх було <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>лено у предста<strong>в</strong>никі<strong>в</strong> роду нічниць (Myotis),<br />

ш<strong>в</strong>идше <strong>в</strong>ідпо<strong>в</strong>ідають моделі суто <strong>в</strong>ипадко<strong>в</strong>их змін, аніж моделі стазису [15, 16].<br />

Такі <strong>в</strong>ипадко<strong>в</strong>і зміни могли бути спричинені генетичним дрейфом або природним<br />

добором, напрям та інтенси<strong>в</strong>ність якого до<strong>в</strong>ільно зміню<strong>в</strong>алися. Лише щодо деяких<br />

е<strong>в</strong>олюційних ліній нічниць можна припускати, що їхню ди<strong>в</strong>ергенцію було спо<strong>в</strong>ільнено<br />

дією стабілізуючого добору [15, 16]. . Можли<strong>в</strong>ість порі<strong>в</strong>няно ш<strong>в</strong>идких е<strong>в</strong>олю е<strong>в</strong>олю- е<strong>в</strong>олю<br />

ційних трансформацій дає змогу припускати, що е<strong>в</strong>олюційний консер<strong>в</strong>атизм рукокрилих<br />

на значних часо<strong>в</strong>их інтер<strong>в</strong>алах ш<strong>в</strong>идше є наслідком адаптаційних процесі<strong>в</strong><br />

(стабілізуючого та кореляційного добору), ніж будьяких генетичних або онтогенетичних<br />

обмежень [16].<br />

Ранні етапи е<strong>в</strong>олюції рукокрилих украй складно досліджу<strong>в</strong>ати через брак па палеонтологічних<br />

даних. Не<strong>в</strong>ідомі, зокрема, перехідні форми між наземними сса<strong>в</strong>цями<br />

та кажанами. За останні роки було описано досить да<strong>в</strong>ніх і надз<strong>в</strong>ичайно приміти<strong>в</strong>них<br />

кажані<strong>в</strong> з еоцено<strong>в</strong>их <strong>в</strong>ідкладі<strong>в</strong> [21, 41, 43], і це дає змогу споді<strong>в</strong>атися на по по- по<br />

дальший прогрес у дослідженнях. Наразі ж гіпотези про механізми ранньої е<strong>в</strong>олю- е<strong>в</strong>олю е<strong>в</strong>олю<br />

ції рукокрилих ґрунтуються на екстраполяції тієї інформації, яку ми маємо про сучасні<br />

та нечисленні <strong>в</strong>ідомі <strong>в</strong>икопні форми. Без сумні<strong>в</strong>у ці гіпотези є досить спекуляти<strong>в</strong>ними.<br />

Будьяка но<strong>в</strong>а знахідка може помітно змінити наше розуміння ранньої історії<br />

цієї групи сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong>.<br />

Безперечно, досить фрагментарними є ная<strong>в</strong>ні на сьогодні дані про те, з якими<br />

генетичними та морфогенетичними змінами були по<strong>в</strong>’язані е<strong>в</strong>олюційні перет<strong>в</strong>орення<br />

<strong>в</strong> морфології рукокрилих. По суті, дослідження того, як змінюються під час<br />

е<strong>в</strong>олюції структурні гени та системи генної регуляції, ще тільки починаються. Водночас<br />

щодо е<strong>в</strong>олюції рукокрилих <strong>в</strong>же одержано деякі <strong>в</strong>ажли<strong>в</strong>і результати.<br />

Е<strong>в</strong>олюція крила<br />

В останні роки одержано пе<strong>в</strong>ні дані щодо того, зміна яких морфогенетичних<br />

механізмі<strong>в</strong> могла спричинити перет<strong>в</strong>орення передніх кінці<strong>в</strong>ок предкі<strong>в</strong> кажані<strong>в</strong> на<br />

крила [11, 13, 35, 37, 38, 46; огляди ди<strong>в</strong>.: 7, 23].<br />

Відносні розміри хрящо<strong>в</strong>ого скелета передньої кінці<strong>в</strong>ки ембріоні<strong>в</strong> рукокрилих<br />

і не здатних до польоту сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> на ранніх етапах ембріогенезу не <strong>в</strong>ідрізняються.<br />

Пізніше <strong>в</strong>исокі темпи проліферації та диференціації хондроциті<strong>в</strong> приз<strong>в</strong>одять у рукокрилих<br />

до непропорційного збільшення пальці<strong>в</strong> передньої кінці<strong>в</strong>ки. Ці <strong>в</strong>исно<strong>в</strong>ки<br />

ґрунтуються на порі<strong>в</strong>нянні ембріогенезу хатньої миші (Mus musculus) і очко<strong>в</strong>ого<br />

листоноса (Carollia perspicillata) [7, 38].<br />

Ріст хрящо<strong>в</strong>ого скелета регулюють у сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> серед інших кілька сигнальних<br />

білкі<strong>в</strong> із групи Bmp (oe oe morphogeetic morphogeetic morphogeetic morphogeetic protei). protei). protei). protei). protei). protei). ). Один Один Один із із із цих цих цих білкі<strong>в</strong>, білкі<strong>в</strong>, білкі<strong>в</strong>, Bmp2, Bmp2, Bmp2, стиму стиму стиму стиму стиму стиму стимулює<br />

проліферацію клітин хрящо<strong>в</strong>ої закладки. Експресію гена, що кодує цей білок,<br />

під<strong>в</strong>ищено <strong>в</strong> пальцях передньої кінці<strong>в</strong>ки ембріона C. perspicillata порі<strong>в</strong>няно з задньою<br />

кінці<strong>в</strong>кою ембріона C. perspicillata або передньої кінці<strong>в</strong>кою ембріона миші,<br />

що й зумо<strong>в</strong>лює збільшення кількості Bmp2 й, <strong>в</strong>ідпо<strong>в</strong>ідно, спонукає до інтенси<strong>в</strong>ного<br />

росту кінці<strong>в</strong>ки [7, 23, 37, 38, 46].<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


ГЕНЕТИЧНІ ТА МОРФОГЕНЕТИЧНІ ТРАНСФОРМАЦІЇ НА РАННІХ ЕТАПАХ ЕВОЛЮЦІЇ РУКОКРИЛИХ: КОРОТКИЙ ОГЛЯД<br />

169<br />

Крім того, <strong>в</strong> передній кінці<strong>в</strong>ці ембріона C. perspicillata акти<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ано специфічну<br />

для клітин кінці<strong>в</strong>ок регуляторну нуклеотидну послідо<strong>в</strong>ність – енхансер транскрипції<br />

гена Prx1 (paired related homeoox gee 1; інші абре<strong>в</strong>іатури – Prrx1, або MHox).<br />

Даний ген кодує фактор транскрипції, що прискорює ріст кінці<strong>в</strong>ок. Ген Prx1 C.<br />

perspicillata майже не <strong>в</strong>ідрізняється <strong>в</strong>ід ортологічного гена миші, проте <strong>в</strong> передніх<br />

кінці<strong>в</strong>ках ембріоні<strong>в</strong> цього кажана перебу<strong>в</strong>ає, оче<strong>в</strong>идно, під <strong>в</strong>пли<strong>в</strong>ом під<strong>в</strong>ищу<strong>в</strong>альної<br />

регуляції. У трансгенних мишей, котрим їх <strong>в</strong>ласний енхансер гена Prx1 заміни заміни замінили<br />

на ортологічну послідо<strong>в</strong>ність <strong>в</strong>ід C. perspicillata, ріст кінці<strong>в</strong>ок посилю<strong>в</strong>а<strong>в</strong>ся, оче<strong>в</strong>идно,<br />

<strong>в</strong>наслідок <strong>в</strong>пли<strong>в</strong>у но<strong>в</strong>ого енхансера на мишачий Prx1 [11, [11, 13, 13, 23]. 23]. . Не Не <strong>в</strong>иклю- <strong>в</strong>иклю <strong>в</strong>иклю <strong>в</strong>иклю <strong>в</strong>иклю<br />

чено, що Prx1, , у у с<strong>в</strong>ою с<strong>в</strong>ою чергу, чергу, регулює регулює експресію експресію гена, гена, який який кодує кодує Bmp2 [11]. [11]. . Регуля- Регуля Регуля Регуля Регуля Регуля Регуля Регуля<br />

ція морфогенезу <strong>в</strong>иглядає, таким чином, ієрархічною: регуляційні системи нижчого<br />

рі<strong>в</strong>ня перебу<strong>в</strong>ають під контролем регуляційних систем <strong>в</strong>ищого рі<strong>в</strong>ня.<br />

У C. perspicillata і бурої нічниці (Myotis lucifugus) порі<strong>в</strong>няно зі сса<strong>в</strong>цями, що не<br />

літають, <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>лено ще одну особли<strong>в</strong>ість (яка, можли<strong>в</strong>о, по<strong>в</strong>’язана з <strong>в</strong>ищезгаданими<br />

механізмами). У задній частині передньої кінці<strong>в</strong>ки і на <strong>в</strong>ерхі<strong>в</strong>ці майбутнього крила<br />

<strong>в</strong> ембріоні<strong>в</strong> цих <strong>в</strong>иді<strong>в</strong> змінено характер акти<strong>в</strong>ності гена HoxD13 (котрий, як і інші<br />

Hoxгени, <strong>в</strong>изначає <strong>в</strong>заємне розташу<strong>в</strong>ання частин <strong>в</strong> організмі під час онтогенезу)<br />

і послідо<strong>в</strong>ності GCR (gloal cotrol regio), що контролює його експресію; <strong>в</strong>наслідок<br />

цієї зміни й посилюється ріст передньої кінці<strong>в</strong>ки [35].<br />

Апоптоз міжпальце<strong>в</strong>ої мезенхіми <strong>в</strong>икликають у ембріоні<strong>в</strong> сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> регуляторні<br />

білки з групи Bmp. Цей процес гальмується <strong>в</strong> передніх кінці<strong>в</strong>ках C. perspicillata<br />

(і, цілком імо<strong>в</strong>ірно, інших кажані<strong>в</strong>) унаслідок дії інгібітора Gremli, Gremli, , що пригнічує ак- ак ак<br />

ти<strong>в</strong>ність білкі<strong>в</strong> з групи Bmp, а також нез<strong>в</strong>ичайного для сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> характеру експресії<br />

сигнального білка g8 g8 (rolat ( ( ( rolat rolat rolat groth groth groth groth actor actor actor actor 8) 8) [12 [12 , , 46]. 46]. . Дуже Дуже схоже, схоже, що що експре- експре експре експре експре<br />

сія інгібітора Gremli при<strong>в</strong>одить до ут<strong>в</strong>орення перетинок на задніх кінці<strong>в</strong>ках качки<br />

(Merio Merio et al., 1999, , цит. цит. за: за: [46]). [46]). ). Пригнічення Пригнічення синтезу синтезу Bmp Bmp у у поєднанні поєднанні з з акти<strong>в</strong>аці акти<strong>в</strong>аці акти<strong>в</strong>аці акти<strong>в</strong>аці акти<strong>в</strong>аці акти<strong>в</strong>аці- акти<strong>в</strong>аці<br />

єю синтезу g8 зумо<strong>в</strong>лює у C. perspicillata припинення загибелі міжпальце<strong>в</strong>их клітин<br />

і ут<strong>в</strong>орення міжпальце<strong>в</strong>ої перетинки. Тулубна перетинка ут<strong>в</strong>орюється у кажані<strong>в</strong><br />

<strong>в</strong>наслідок інших, наразі не<strong>в</strong>ідомих морфогенетичних механізмі<strong>в</strong> [46].<br />

Отже, крило рукокрилих формується із зачатка, схожого на зачаток передньої<br />

кінці<strong>в</strong>ки інших сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong>. Унікальні морфологічні особли<strong>в</strong>ості крила по<strong>в</strong>’язані з <strong>в</strong>ідмінним<br />

характером функціону<strong>в</strong>ання систем регуляції генної експресії, під контролем<br />

котрих <strong>в</strong>ідбу<strong>в</strong>ається морфогенез. Цілком імо<strong>в</strong>ірно, <strong>в</strong> е<strong>в</strong>олюції предкі<strong>в</strong> рукокрилих<br />

були зафіксо<strong>в</strong>ані мутації, що змінили характер роботи цих регуляторних систем.<br />

Необхідність узгодженої трансформації кількох систем регуляції дає змогу<br />

припускати комбіну<strong>в</strong>ання численних мутацій під контролем добору [8].<br />

Поряд із тим, е<strong>в</strong>олюційне форму<strong>в</strong>ання унікальних особли<strong>в</strong>остей рукокрилих<br />

по<strong>в</strong>’язане, ймо<strong>в</strong>ірно, зі зміною не тільки регуляторних систем, а й структурних гені<strong>в</strong>.<br />

Е<strong>в</strong>олюція слухо<strong>в</strong>ого апарату<br />

У сприйнятті з<strong>в</strong>уку <strong>в</strong> сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> бере участь, разом з іншими, білок престин, що<br />

забезпечує ампліфікацію з<strong>в</strong>уко<strong>в</strong>их х<strong>в</strong>иль у зо<strong>в</strong>нішніх <strong>в</strong>олоско<strong>в</strong>их клітинах кортіє<strong>в</strong>ого<br />

органа [47, 14, 29]. . Цей механізм особли<strong>в</strong>о <strong>в</strong>ажли<strong>в</strong>ий для сприйняття з<strong>в</strong>уку у <strong>в</strong>и <strong>в</strong>и <strong>в</strong>исокочастотному<br />

діапазоні та для забезпечення селекти<strong>в</strong>ності слуху, а <strong>в</strong>ідтак для<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


170 І. І. Дзе<strong>в</strong>ерін<br />

функціону<strong>в</strong>ання апарату ехолокації. У філогенії рукокрилих, побудо<strong>в</strong>аній за нуклеотидною<br />

послідо<strong>в</strong>ністю гена, що кодує престин, крилани (Pteropodidae) ут<strong>в</strong>о ут<strong>в</strong>о ут<strong>в</strong>орили<br />

один кластер, а летючі миші (Microchiroptera) – інший, тобто розмежу<strong>в</strong>ання<br />

<strong>в</strong>ідбулося згідно зі здатністю до ехолокації [29]. . Ця Ця класифікація класифікація я<strong>в</strong>но я<strong>в</strong>но <strong>в</strong>ідрізня- <strong>в</strong>ідрізня <strong>в</strong>ідрізня<br />

ється <strong>в</strong>ід класифікацій, одержаних за іншими молекулярними послідо<strong>в</strong>ностями.<br />

Згідно з ними, Microchiroptera є збірною групою, і деякі з них – підко<strong>в</strong>оноси (hi (hi (hi (hi (hi (hi-<br />

olophidae), підко<strong>в</strong>огуби (Hippoideridae), неспра<strong>в</strong>жні <strong>в</strong>ампіри (Megadermatidae)<br />

тощо – ближче споріднені з нездатними до ехолокації криланами, ніж з іншими<br />

предста<strong>в</strong>никами групи – гладконосими гладконосими (epertilioidae), (epertilioidae), (epertilioidae), (epertilioidae), , бульдого<strong>в</strong>ими бульдого<strong>в</strong>ими (Moloi- (Moloi (Moloi (Moloi (Moloi (Moloi<br />

dae), , листоносими (Phllotomidae) (Phllotomidae) (Phllotomidae) кажанами кажанами [42, [42, 44]. 44]. . Найімо<strong>в</strong>ірнішим Найімо<strong>в</strong>ірнішим пояснен пояснен пояснен- пояснен пояснен пояснен<br />

ням <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>леної розбіжності є припущення про те, що послідо<strong>в</strong>ність гена престину<br />

зазнала кон<strong>в</strong>ергентних змін <strong>в</strong> е<strong>в</strong>олюції тих родин рукокрилих, які набули здатності<br />

до ехолокації [29].<br />

Відокремлену групу <strong>в</strong>середині першого кластера ут<strong>в</strong>орили підко<strong>в</strong>оноси (hi- (hi<br />

olophidae) та підко<strong>в</strong>огуби (Hippoideridae), (Hippoideridae), (Hippoideridae), , попри попри с<strong>в</strong>ою с<strong>в</strong>ою спорідненість спорідненість із із неспра<strong>в</strong> неспра<strong>в</strong> неспра<strong>в</strong> неспра<strong>в</strong>жніми<br />

<strong>в</strong>ампірами (Megadermatidae) та криланами (Pteropodidae) [29, 31]. . Ця Ця класи класи класи класи класи- класи класи<br />

фікація <strong>в</strong>ідпо<strong>в</strong>ідає особли<strong>в</strong>остям ехолокації у різних групах. Підко<strong>в</strong>оноси та підко<strong>в</strong>огуби<br />

помітно <strong>в</strong>ідрізняються <strong>в</strong>ід інших кажані<strong>в</strong> за характером ехолокації (доміну<strong>в</strong>ання<br />

сталочастотного компонента <strong>в</strong> сигналах, <strong>в</strong>инятко<strong>в</strong>а селекти<strong>в</strong>ність слуху<br />

тощо) [1, 3, 29]. Вони продукують сигнали <strong>в</strong>ищої частоти, ніж інші рукокрилі [25, 29].<br />

Класифікація усього класу сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong>, побудо<strong>в</strong>ана за послідо<strong>в</strong>ністю гена престину,<br />

загалом схожа з класифікацією, одержаною іншими методами (огляд ди<strong>в</strong>.,<br />

напр., [2]), ), проте проте дельфіни дельфіни <strong>в</strong> <strong>в</strong> ній ній ут<strong>в</strong>орили ут<strong>в</strong>орили єдиний єдиний кластер кластер із із підко<strong>в</strong>оносами підко<strong>в</strong>оносами та та під під підко<strong>в</strong>огубами,<br />

а не з <strong>в</strong>усатими китами [31, 32]. В одному із цито<strong>в</strong>аних досліджень було<br />

<strong>в</strong>и<strong>в</strong>чено таксономічне положення афаліни (Tursiops truncatus) [31], , <strong>в</strong> іншому – чоти- чоти чоти<br />

рьох <strong>в</strong>иді<strong>в</strong> дельфіні<strong>в</strong> [32]. . Коли ж ж на на наступному наступному етапі етапі дослідження дослідження до до схеми схеми дода дода додали<br />

ще послідо<strong>в</strong>ність гена престину кашалота (Physeter macrocephalus), , то <strong>в</strong>сі кито китоподібні<br />

ут<strong>в</strong>орили єдиний кластер [32]. . Отже, за послідо<strong>в</strong>ністю гена престину каша- каша каша<br />

лот, що <strong>в</strong>ипромінює сигнали <strong>в</strong> порі<strong>в</strong>няно низькочастотному діапазоні, – це перехідна<br />

форма між нездатними до ехолокації <strong>в</strong>усатими китами, з одного боку, і дельфінами,<br />

у яких ехолокація досягає най<strong>в</strong>ищого роз<strong>в</strong>итку, з іншого боку [32].<br />

Несподі<strong>в</strong>ана схожість у будо<strong>в</strong>і престину підко<strong>в</strong>оносі<strong>в</strong> і дельфіні<strong>в</strong>, найімо<strong>в</strong>ірніше,<br />

є наслідком кон<strong>в</strong>ергентної е<strong>в</strong>олюції. Це <strong>в</strong>ипли<strong>в</strong>ає, зокрема, з того, що філогенія,<br />

побудо<strong>в</strong>ана <strong>в</strong>иключно за несинонімічними замінами <strong>в</strong> послідо<strong>в</strong>ності гена престину,<br />

не <strong>в</strong>ідрізняється <strong>в</strong>ід філогенії, побудо<strong>в</strong>аної за <strong>в</strong>сією послідо<strong>в</strong>ністю, тоді, як<br />

у філогенії, побудо<strong>в</strong>аній <strong>в</strong>иключно за синонімічними замінами, афаліна потрапила<br />

до спільного кластера з парнокопитними, а крилани – з підко<strong>в</strong>оносами, підко<strong>в</strong>огубами<br />

та неспра<strong>в</strong>жніми <strong>в</strong>ампірами, як у філогеніях, побудо<strong>в</strong>аних за іншими генами<br />

[31]. . Визначено ділянки, <strong>в</strong> яких протягом е<strong>в</strong>олюції обох груп були зафіксо<strong>в</strong>ані одна- одна<br />

ко<strong>в</strong>і мутації [31, 32]. Прискорену е<strong>в</strong>олюцію і кон<strong>в</strong>ергентні зміни <strong>в</strong> будо<strong>в</strong>і престину<br />

можна пояснити природним добором на досягнення такої конформації молекули<br />

престину, яка була б оптимальною для сприйняття з<strong>в</strong>уку у <strong>в</strong>исокочастотному діапазоні,<br />

а <strong>в</strong>ідтак – для ефекти<strong>в</strong>ної ехолокації [32, 31].<br />

У рукокрилих <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>лено також прискорену е<strong>в</strong>олюцію гена oxP2 (orkhead ox<br />

P2), котрий кодує транскрипційний фактор, що <strong>в</strong>ідіграє, наскільки <strong>в</strong>ідомо, <strong>в</strong>ажли<strong>в</strong>у<br />

роль у забезпеченні сенсорномоторної координації структур, які беруть участь<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


ГЕНЕТИЧНІ ТА МОРФОГЕНЕТИЧНІ ТРАНСФОРМАЦІЇ НА РАННІХ ЕТАПАХ ЕВОЛЮЦІЇ РУКОКРИЛИХ: КОРОТКИЙ ОГЛЯД<br />

171<br />

у <strong>в</strong>окалізації [30]. . У більшості сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> нуклеотидна послідо<strong>в</strong>ність oxP2 oxP2 oxP2 oxP2 майже майже од од од од однако<strong>в</strong>а<br />

[30]. Втім, у людини ця послідо<strong>в</strong>ність помітно <strong>в</strong>ідрізняється <strong>в</strong>ід ортологічної<br />

послідо<strong>в</strong>ності інших ма<strong>в</strong>п, на<strong>в</strong>іть шимпанзе; цілком імо<strong>в</strong>ірно, що це по<strong>в</strong>’язано з<br />

роз<strong>в</strong>итком мо<strong>в</strong>лення <strong>в</strong> е<strong>в</strong>олюції людини [17; огляд: 6]. Є <strong>в</strong>сі підста<strong>в</strong>и <strong>в</strong><strong>в</strong>ажати, що <strong>в</strong><br />

е<strong>в</strong>олюції людини цей ген бу<strong>в</strong> об’єктом природного добору [17]. . Проте разючим <strong>в</strong>и <strong>в</strong>и <strong>в</strong>инятком<br />

серед сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>илися рукокрилі, у яких на<strong>в</strong>іть порі<strong>в</strong>няно близькі <strong>в</strong>иди<br />

<strong>в</strong>ідрізняються за послідо<strong>в</strong>ністю oxP2 oxP2 значно більше, ніж предста<strong>в</strong>ники різних ря ря- ря<br />

ді<strong>в</strong> інших сса<strong>в</strong>ці<strong>в</strong> [30]. . Це можна пояснити історичним роз<strong>в</strong>итком систем <strong>в</strong>окаліза- <strong>в</strong>окаліза <strong>в</strong>окаліза<br />

ції, необхідної для ефекти<strong>в</strong>ного здійснення різних типі<strong>в</strong> ехолокації [30].<br />

Деякі підсумко<strong>в</strong>і мірку<strong>в</strong>ання<br />

Внесок окремого гена до загальної пристосо<strong>в</strong>аності організму не так часто є<br />

настільки помітним, щоб наслідки генного заміщення можна було <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>ити достатньо<br />

надійно (хрестоматійний приклад – мутантна форма гена гемоглобіну,<br />

що <strong>в</strong>икликає резистентність до малярії та серпоподібноклітинну анемію у людини).<br />

Проте за останні роки дослідникам <strong>в</strong>далося <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>ити декілька прикладі<strong>в</strong> такого<br />

роду. Окрім уже згаданих, можна наз<strong>в</strong>ати <strong>в</strong>пли<strong>в</strong> позити<strong>в</strong>ного добору на гени,<br />

що регулюють розміри голо<strong>в</strong>ного мозку – SPM SPM [18] та microcephali microcephali microcephali microcephali [19], [19], , – – а а та та та та та та- та<br />

кож на деякі інші гени [45] (ди<strong>в</strong>. також: [6]) <strong>в</strong> е<strong>в</strong>олюції приматі<strong>в</strong>, зокрема людини,<br />

а також кон<strong>в</strong>ергентну е<strong>в</strong>олюцію мітохондріальних гені<strong>в</strong> у змій і агамо<strong>в</strong>их [9]. . Схо- Схо Схо<br />

же на те, що традиційне уя<strong>в</strong>лення, згідно з яким практично <strong>в</strong>сі зміни на молекулярному<br />

рі<strong>в</strong>ні є адапти<strong>в</strong>но нейтральними [4, 26, 27 , 28], , спрощує реальну ситуа ситуа- ситуа<br />

цію. Ефекти природного добору можна <strong>в</strong>ия<strong>в</strong>ити на молекулярному рі<strong>в</strong>ні так само,<br />

як і на інших рі<strong>в</strong>нях [22].<br />

Дані про е<strong>в</strong>олюцію гена престину [28, 31, 32] та oxP2 oxP2 oxP2 oxP2 [30] [30] [30] демонструють демонструють демонструють зна зна зна зна зна- зна зна<br />

чення структурних гені<strong>в</strong> у крупномасштабних е<strong>в</strong>олюційних перет<strong>в</strong>ореннях так<br />

само, як дані про регуляцію роз<strong>в</strong>итку крил [11, 13, 23, 35, 37, 38, 46] с<strong>в</strong>ідчать про<br />

значну роль перебудо<strong>в</strong> регуляторних систем. Отже, те, що наразі <strong>в</strong>ідомо про генетичні<br />

перет<strong>в</strong>орення <strong>в</strong> е<strong>в</strong>олюції кажані<strong>в</strong>, добре узгоджується з точкою зору синтетичної<br />

теорії е<strong>в</strong>олюції, <strong>в</strong>ідпо<strong>в</strong>ідно до якої макрое<strong>в</strong>олюція по<strong>в</strong>’язана зі змінами як<br />

структурних гені<strong>в</strong>, так і систем регуляції [10]. Якщо <strong>в</strong>раху<strong>в</strong>ати <strong>в</strong>ищена<strong>в</strong>едені дані<br />

щодо е<strong>в</strong>олюційних механізмі<strong>в</strong> забезпечення стабільності морфологічних ознак рукокрилих,<br />

то можна припустити, що пе<strong>в</strong>на комбінація рушійного та стабілізуючого<br />

добору <strong>в</strong> поєднанні з мутаційним процесом і <strong>в</strong>ипадко<strong>в</strong>им генетичним дрейфом<br />

є най<strong>в</strong>ажли<strong>в</strong>ішим механізмом е<strong>в</strong>олюції цих т<strong>в</strong>арин.<br />

ПОДЯКИ<br />

Хочу подяку<strong>в</strong>ати М. А. Ґхазалі за допомогу <strong>в</strong> роботі, обго<strong>в</strong>орення рукопису та<br />

цінні рекомендації, С. В. Межжеріну – за обго<strong>в</strong>орення механізмі<strong>в</strong> молекулярної<br />

е<strong>в</strong>олюції. Я <strong>в</strong>дячний також М. Капеччі, Ц. Чжану та С. Россітеру за надання <strong>в</strong>идрукі<strong>в</strong><br />

їхніх статей.<br />

1. Айрапетьянц Э. Ш., Константино<strong>в</strong> А. И. Эхолокация <strong>в</strong> природе. Л.: Наука, 1970. 379 с.<br />

2. Баннико<strong>в</strong>а А. А. Молекулярные маркеры и со<strong>в</strong>ременная филогенетика млекопитающих.<br />

Журнал общей биологии, 2004; 65(4): 278–305.<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


172 І. І. Дзе<strong>в</strong>ерін<br />

3. Ґхазалі М. А. Ехолокація кажані<strong>в</strong>. Хімія. Біологія, 2004; 26: 1–13.<br />

4. Кимура М. Молекулярная э<strong>в</strong>олюция: теория нейтральности. Пер. с англ. М.: Мир,<br />

1985. 394 с.<br />

5. Кэрролл Р. Палеонтология и э<strong>в</strong>олюция поз<strong>в</strong>оночных. Т. 3. Пер. с англ. М.: Мир, 1993.<br />

312 с.<br />

6. Марко<strong>в</strong> А. В. Происхождение и э<strong>в</strong>олюция чело<strong>в</strong>ека. Обзор достижений палеоантропологии,<br />

сра<strong>в</strong>нительной генетики и э<strong>в</strong>олюционной психологии. Журнал общей биологии,<br />

2009; 70(5): 359–371.<br />

7. Симмонс Н. Встать на крыло. В мире науки, 2009; № 3: 50–59.<br />

8. Шмальгаузен И. И. Пути и закономерности э<strong>в</strong>олюционного процесса. Избранные<br />

труды. М.: Наука, 1983. 360 с.<br />

9. Castoe T. A., de Koning A. P. J., Kim H.-M. et al. Evidece or a aciet adaptive epiode o<br />

coverget molecular evolutio. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2009; 106(22): 8986–8991.<br />

10. Charlesworth B., Lande R., Slatkin M. eoDariia commetar o macroevolutio. Evolution,<br />

1982; 36(3): 474–498.<br />

11. Cooper K. L., Tabin C. J. Udertadig o at ig evolutio take flight. Genes & Development,<br />

2008; 22: 121–124.<br />

12. Cretekos C. J., Deng J.-M., Green E. D. et al. Iolatio, geomic tructure ad developmetal<br />

expreio o Fgf8 i the horttailed ruit at, Carollia perspicillata. Int. J. Dev. Bio, 2007; 51:<br />

333–338.<br />

13. Cretekos C. J., Wang Y., Green E. D. et al. egulator divergece modie lim legth etee<br />

mammal. Genes & Development, 2008; 22: 141–151.<br />

14. Dallos P., Fakler B. Preti, a e tpe o motor protei. Nature Reviews: Molecular Cell<br />

Biology, 2002; 3: 104–111.<br />

15. Dzeverin I. The tai ad poile patter o electio i evolutio o a group o related<br />

pecie rom the at geu Myotis (Chiroptera, epertilioidae). J. Mammal. Evol, 2008;<br />

15(2): 123–142.<br />

16. Dzeverin I., Ghazali M. Evolutioar mechaim aectig the multivariate divergece i<br />

ome Myotis pecie (Chiroptera, epertilioidae). Evol. Biol, 2010; 37(2–3): 100–112.<br />

17. Enard W., Przeworski M., Fisher S. E.et al. Molecular evolutio o oxP2, a gee ivolved i<br />

peech ad laguage. Nature, 2002; 418: 869–872.<br />

18. Evans P. D., Anderson J. R., Vallender E. J. et al. daptive evolutio o ASPM, a major determiat<br />

o cereral cortical ize i huma. Human Molecular Genetics, 2004; 13(5): 489–<br />

494.<br />

19. Evans P. D., Anderson J. R., Vallender E. J. et al. ecotructig the evolutioar hitor o<br />

microcephalin, a gee cotrollig huma rai ize. Human Molecular Genetics, 2004;<br />

13(11): 1139–1145.<br />

20. Gunnell G. F., Simmons N. B. oil evidece ad the origi o at. J. Mammal. Evol, 2005;<br />

12(1/2): 209–246.<br />

21. Gunnell G. F., Jacobs B. F., Herendeen P. S.et al. Oldet placetal mammal rom uSahara<br />

rica: Eocee microat rom Tazaia Evidece or earl evolutio o ophiticated<br />

echolocatio. Palaeontologica Electronica, 2003; 5(3). 10 p.<br />

22. Hahn M. W. Toard a electio theor o molecular evolutio. Evolution, 2008; 62(2): 255–<br />

265.<br />

23. Honeycutt R. L. Small chage, ig reult: evolutio o morphological dicotiuit i mammal.<br />

J. Biol, 2008; 7:9. 4 p.<br />

24. Jepsen G. L. Earl Eocee at rom Womig. Science, 1966; 154(3754): 1333–1339.<br />

25. Jones G. Scalig o echolocatio call parameter i at. J. Exptl Biol, 1999; 202: 3359–<br />

3367.<br />

26. Kimura M. Evolutioar rate at the molecular level. Nature, 1968; 217: 624626.<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


ГЕНЕТИЧНІ ТА МОРФОГЕНЕТИЧНІ ТРАНСФОРМАЦІЇ НА РАННІХ ЕТАПАХ ЕВОЛЮЦІЇ РУКОКРИЛИХ: КОРОТКИЙ ОГЛЯД<br />

173<br />

27. Kimura M., Ohta T. O ome priciple goverig molecular evolutio. Proc. Natl Acad. Sci.<br />

USA, 1974; 71(7): 2848–2852.<br />

28. King J. L., Jukes T. H. NoDariia evolutio. Science, 1969; 164(3881): 788–798.<br />

29. Li G., Wang J., Rossiter S. J., Jones G. et al. The hearig gee Prestin reuite echolocatig<br />

at. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2008; 105(37): 13959–13964.<br />

30. Li G., Wang J., Rossiter S. J. et al. ccelerated oxP2 evolutio i echolocatig at. PloS<br />

ONE, 2007; 2(9): e900. 10 p.<br />

31. Li Y., Liu Z., Shi P., Zhang J. The hearig gee Prestin uite echolocatig at ad hale.<br />

Current Biology, 2010; 20(2): 55–56.<br />

32. Liu Y., Cotton J. A., Shen B.et al. Coverget equece evolutio etee echolocatig at<br />

ad dolphi. Current Biology, 2010; 20(2): 53–54.<br />

33. Mayer F., von Helversen O. Crptic diverit i Europea at. Proc. R. Soc. Lond. B, 2001;<br />

268: 1825–1832.<br />

34. Mayer F., Dietz C., Kiefer A. Molecular pecie ideticatio oot at diverit. Frontiers<br />

in Zoology, 2007; 4(4). 5 p.<br />

35. Ray R., Capecchi M. examiatio o the Chiroptera HoxD locu rom a evolutioar<br />

perpective. Evolution & Development, 2008; 10(6): 657670.<br />

36. Ruedi M., Mayer F. Molecular tematic o at o the geu Myotis (epertilioidae) ugget<br />

determiitic ecomorphological covergece. Mol. Phylogen. Evol, 2001; 21: 436–<br />

448.<br />

37. Sears K. E. Molecular determiat o at ig developmet. Cells Tissues Organs, 2008;<br />

187: 6–12.<br />

38. Sears K. E., Behringer R. R., Rasweiler J. J. IV, Niswander L. A. Developmet o at flight:<br />

Morphologic ad molecular evolutio o at ig digit. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 103(17):<br />

6581–6586.<br />

39. Simmons N. B. Order Chiroptera. Mammal pecie o the orld. I: A taxonomic and geographic<br />

reference. D. E. Wilo, D. M. eeder (ed.). Baltimore: Joh Hopki Uiverit<br />

Pre, 2005: 312–529.<br />

40. Simmons N. B., Geisler J. H. Phlogeetic relatiohip o Icaronycteris, Archaeonycteris,<br />

Hassianycteris, ad Palaeochiropteryx to extat at lieage, ith commet o the evolutio<br />

o echolocatio ad oragig trategie i Microchiroptera. Bull. Amer. Mus. Natur. Hist,<br />

1998; 235: 1–182.<br />

41. Simmons N. B., Seymour K. L., Habersetzer J., Gunnell G. F. Primitive earl Eocee at rom<br />

Womig ad the evolutio o flight ad echolocatio. Nature, 2008; 451: 818822.<br />

42. Springer M. S., Teeling E. C., Madsen O.et al. Itegrated oil ad molecular data reco-<br />

truct at echolocatio. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001; 98(11): 6241–6246.<br />

43. Tabuse R., Antunes M. Sigé B. e primitive at rom the earliet Eocee o Europe. J.<br />

Vertebr. Paleont, 2009; 29(2): 627–630.<br />

44. Teeling E. C., Springer M. S., Madsen O.et al. molecular phloge or at illumiate<br />

iogeograph ad the oil record. Science, 2005; 307: 580–584.<br />

45. Vallender E. J., Lahn B. T. Poitive electio o the huma geome. Human Molecular Genetics,<br />

2004; 13(evie Iue 2): 245–254.<br />

46. Weatherbee S. D., Behringer R. R., Rasweiler J. J. IV, Niswander L. A. Iterdigital eig<br />

retetio i at ig illutrate geetic chage uderlig amiote lim divericatio.<br />

Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2006; 103(41): 15103–15107.<br />

47. Zheng J., Shen W., He D. Z. Z. et al. Preti i the motor protei o cochlear outer hair cell.<br />

Nature, 2000; 205: 149–155.<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174


174 І. І. Дзе<strong>в</strong>ерін<br />

GENETIC AND DEVELOPMENTAL CHANGES AT EARLY STAGES<br />

OF CHIROPTERAN EVOLUTION: A BRIEF REVIEW<br />

Біологічні Студії / Studia Biologica • 2010 • Том 4/№3 • С. 167–174<br />

I. I. Dzeverin<br />

Schmalhausen Institute of Zoology<br />

15, Bogdan Khmelnytskyi St., Kiev-30 01601, Ukraine<br />

e-mail: dzeverin@izan.kiev.ua<br />

ecet tudie have revealed geetic ad developmetal chage repoile or<br />

the emergece o poered flight ad echolocatio at earl tage o evolutio i the<br />

at (Chiroptera). Thee uique eature eem to have ee arie via chage i oth<br />

tructural gee ad the tem o gee regulatio.<br />

Key words: Chiroptera, evolutio, tructural gee, gee regulatio, at ig,<br />

echolocatio.<br />

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ<br />

НА РАННИХ ЭТАПАХ ЭВОЛЮЦИИ РУКОКРЫЛЫХ: КРАТКИЙ ОБЗОР<br />

И. И. Дзе<strong>в</strong>ерин<br />

Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины<br />

ул. Богдана Хмельницкого, 15, Кие<strong>в</strong>-30 01601, Украина<br />

e-mail: dzeverin@izan.kiev.ua<br />

Исследо<strong>в</strong>ания последних лет <strong>в</strong>ыя<strong>в</strong>или некоторые из генетических и морфогенетических<br />

трансформаций, обеспечи<strong>в</strong>ших поя<strong>в</strong>ление способностей к полету и к<br />

эхолокации на ранних этапах э<strong>в</strong>олюции рукокрылых (Chiroptera). Формиро<strong>в</strong>ание<br />

этих уникальных особенностей было обусло<strong>в</strong>лено, по<strong>в</strong>идимому, изменением как<br />

структурных гено<strong>в</strong>, так и систем генной регуляции.<br />

Ключе<strong>в</strong>ые сло<strong>в</strong>а: Chiroptera, э<strong>в</strong>олюция, структурные гены, генная регуляция,<br />

крыло рукокрылых, эхолокация.<br />

Одержано: 27.09.2010

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!