Mekanismer, der forklarer positionel mangfoldighed af bagbenet i tetrapod-evolution

I udviklingen af ​​tetrapoder, positionen af ​​bagbenet er diversificeret sammen med hvirvelformlen, som er antallet af små knogler, der danner hvirvlen. Tetrapoder, som navnet antyder, er arter, der har fire fødder. Imidlertid, denne gruppe omfatter også mange andre dyr uden fire eller nogen fødder, såsom slanger og fugle. Dette skyldes, at tetrapoder inkluderer alle organismer, levende og uddøde, som nedstammede fra den sidste fælles forfader til padder, krybdyr og pattedyr, også selvom de sekundært har mistet deres "fire fødder".

Selvom forskere længe har studeret tetrapods anatomi, hvordan den artsspecifikke position af disse arters kropsdele – f.eks. bagbenspositionen langs kroppen - dannes i tidlig udvikling forbliver uklar. At belyse dette mysterium vil være et stort skridt i evolutionsbiologien.

Denne afgørende brik i puslespillet er endelig blevet fundet af et hold forskere fra Nagoya Universitet i Japan. Forskerne viste, at et protein kaldet GDF11, som er involveret i embryonal udvikling, spiller en vital rolle i den endelige position af sakralhvirvlerne og bagbenet. Undersøgelsens resultater blev offentliggjort i juli 2017 i Natur Økologi &Evolution .

"I laboratoriemus, der ikke producerer proteinet GDF11, vi har bemærket, at de sakrale hvirvler og bagbenene er forskudt mere bagud, " sagde Yoshiyuki Matsubara, forsker ved Afdelingen for Biologisk Videnskab og førsteforfatter til undersøgelsen.

For at nå frem til den konklusion, forskerholdet startede med at analysere ekspressionsmønsteret for genet af interesse og undersøge forholdet mellem mønsteret og den potentielle position af rygsøjlen og bagbenet på forskellige udviklingsstadier i kyllingeembryoner. Næste, de testede, om positionering af bagben kan manipuleres ved at ændre timingen af ​​GDF11-aktivitet i embryoerne. Til sidst, for fuldt ud at belyse GDF11's rolle i diversificering af bagbenspositionen hos tetrapoder, holdet undersøgte sammenhængen mellem Gdf11-ekspression og bagbenspositionering i otte tetrapod-arter, inklusive den afrikanske kløvede frø, Kinesisk blødskallet skildpadde, ocelot gekko, japansk stribet slange, kylling, vagtler, emu og mus.

"Vores resultater tyder også på, at artsspecifik positionering af bagben kan have været en effekt af ændringen i timingen eller hastigheden af ​​begivenheder i genet, der udtrykker GDF11 under embryonal udvikling, " sagde Takayuki Suzuki, sidste forfatter til undersøgelsen.

Ifølge deres konklusion, slanger har en lang stamme, fordi initieringstidspunktet for Gdf11-ekspression i udviklingsstadiet er meget senere end hos andre tetrapod-arter.

Baseret på de nuværende observationer, forskerne vil foreslå en model til at forklare koblingen af ​​sacral-baglemmer positionering i tetrapod evolution. Dette vil føre til en dybere forståelse af diversificeringen af ​​afstamningsspecifikke tetrapod bagbenspositioner, en værdifuld information inden for evolution.