Дослідники з Інституту біоорганічної хімії (ІБХ) РАН та Інституту проблем екології та еволюції імені А.Н. Северцова виявили у міноги, найдавнішого з нині живих хребетних тварин, гомеобоксний ген. Результати дослідження, опублікованого в журналі, підтверджують гіпотезу про те, що поява цього гена у хребетних створила умови для виникнення складного головного мозку.
Одна з найважливіших еволюційних «інновацій», що виникли у хребетних тварин, - це їх складний головний мозок. Загалом генетичні механізми, що регулюють раніше ембріональний розвиток головного мозку у хребетних і безхребетних, дуже схожі. Однак які механізми лежать в основі очевидних відмінностей між складним мозком хребетних і простим мозком безхребетних, досі залишалося незрозумілим.
Раніше та ж дослідницька група виявила у хребетних тварин. Він належить до групи генів гомеобоксу, які відіграють ключову роль у процесах зростання і диференціювання тканин і органів. Цей ген, пізніше знайдений у представників більшості класів хребетних, регулює ранні етапи розвитку кінцевого мозку - самого переднього відділу головного мозку, що складається з півкуль великого мозку, мозолистого тіла, смугастого тіла і нюшного мозку. На основі цих даних дослідники запропонували гіпотезу, згідно з якою виникнення кінцевого мозку у хребетних було пов'язано з появою у їх предків унікального для цієї групи тварин гена. Однак у гіпотези був один серйозний недолік: цей ген не вдавалося знайти в геномі круглоротих - найбільш базальної групи хребетних, що включає міксин і міног.
У новому дослідженні вчені нарешті виявили ген у трьох видів міног: , і. Проаналізувавши експресію цього гена у ембріонів міног, автори показали, що патерни його експресії в цілому дуже схожі з патернами експресії у інших хребетних. Як і в інших хребетних, він інгібує експресію іншого гомеобоксного гена, що регулює розвиток мозку - Otx2, і стимулює експресію маркерного гена кінцевого мозку,.
Однак тимчасові патерни експресії виявилися трохи іншими порівняно з іншими хребетними тваринами. У всіх інших хребетних експресія цього гена досягає максимуму до кінця гаструляції і падає на стадії фарингули (наступної після стадії нейрули). У міног, навпаки, експресія досягає максимуму на стадії фарингули і падає тільки на стадії вилуплення з яйцевих оболонок. Також пізніше, ніж у решти хребетних, у міног експресується і ген. Все це говорить про те, що у міног програма спеціалізації кінцевого мозку запускається набагато пізніше, ніж у інших хребетних.
Як підсумовують автори, результати добре узгоджуються з ідеєю Ернста Геккеля про те, що чим пізніше в ембріональному розвитку з'являються будь-які еволюційні інновації, тим з більшою ймовірністю вони будуть прийняті природним відбором - тому що в такому випадку вони меншою мірою порушують програму розвитку ембріона. Той факт, що у міноги, найдавнішого хребетного, спеціалізація кінцевого мозку відбувається пізніше, ніж у решти хребетних, говорить про те, що у предків хребетних кінцевий мозок виник саме на відносно пізніх стадіях ембріонального розвитку. Пізніше, в ході еволюції хребетних, розвиток кінцевого мозку, судячи з усього, зрушився на більш ранні стадії ембріогенезу - що також узгоджується з ідеями Геккеля.