Американские ученые сказали последнее слово по поводу видоизмененных пальцев птичьего крыла. Сравнение активности генов в эмбрионах птиц и крокодилов показало, что в крыле птицы присутствуют большой, указательный и средний пальцы.

Крыло птицы -- это видоизмененная передняя конечность. И, как всякая рука, имеет кисть, а на ней пальцы, скрытые под кожей и перьями. В птичьем крыле всего лишь три пальца, хотя предки птиц рептилии имеют пятипалую лапу. Остальные пальцы в крыле редуцированы. Но о том, какие именно это пальцы, специалисты спорят уже более ста лет. Спор возникает из-за того, что разные подходы к этой проблеме дают противоречивые результаты. Эмбриологические исследования показали, что пальцы птичьего крыла в зародыше развиваются из хрящевых зачатков в тех местах, где у четвероногих позвоночных возникают второй, третий и четвертый пальцы (то есть указательный, средний и безымянный). В то же время сравнение отпечатков пальцев крыла древней птицы археоптерикса с современными рептилиями, в том числе по количеству пальцевых фаланг, говорит о том, что это первый, второй и третий пальцы (то есть большой, указательный и средний).

Чтобы разрешить спор, сегодня чаще всего приходится прибегать к молекулярной биологии. В частности, ученые изучили экспрессию (работу) в клетках пальцев одного ключевого гена HoxD-11. Выяснилось, что в первом пальце крыла птиц в отличие от других птичьих пальцев этот ген не работает. Известно, что в большом пальце передней лапы мыши (а о геноме мыши мы сегодня знаем больше всего) ген HoxD-11 также не работает. Но родство мыши с птицами очень опосредованно. Поэтому ученые решили оценить экспрессию этого гена у крокодила как наиболее близкого из ныне живущих родственника птиц. Поэтому Александр Варгас (Alexander Vargas) и его коллеги из Йельского университета (Yale University) изучили, как работает ген HoxD-11 в эмбрионе аллигатора.

Для начала авторы работы инкубировали яйца аллигатора в строго подобранных условиях. На разных стадиях развития эмбрионы аллигатора извлекали и фиксировали. Так же поступили и с куриными яйцами для получения куриных эмбрионов. Результаты показали, что в большом пальце передних лап эмбриона аллигатора этот ген не работает, так же как и в переднем пальце зачатка крыла куриного эмбриона. Возможно, это связано с тем, что большой палец имеет две фаланги, а не три, как остальные. А значит, пальцы птичьего крыла -- это все же большой, указательный и средний, как следует из морфологических данных.

По поводу эмбриологических данных о месте развития зачатков пальцев биологи говорят: иногда какая-то часть тела в эмбриональном развитии смещается и начинает развиваться не на своем месте. Самый удивительный пример такой мутации ученые увидели на голове дрозофилы: изменение всего одного гена приводит к тому, что у нее вместо антенны вырастает нога. Так, возможно, при возникновении первых птиц из динозавров произошла мутация, благодаря которой первый, второй и третий пальцы стали развиваться на тех позициях, где должны были быть второй, третий и четвертый. А безымянный палец и мизинец так и остались в зачаточном состоянии.

Статью о своей работе ученые опубликовали в научном онлайн-журнале PLoS ONE.