Завантажити статтю в pdf-форматі
Завантажити статтю в pdf-форматі
Завантажити статтю в pdf-форматі
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
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