Оказалось, что у змей “ноги” всё ещё есть — просто природа их мастерски выключила

Змеи веками вызывали у людей любопытство и страх. Одни видели в них символ древней мудрости, другие — напоминание о первородном грехе. Но с научной точки зрения эти существа — одна из самых поразительных иллюстраций того, как природа способна трансформировать тело. Ведь у змей нет ни лап, ни крыльев, ни плавников — и всё же они передвигаются с невероятной ловкостью. Вопрос о том, как и почему эти рептилии потеряли конечности, долго оставался загадкой. Сегодня ответ ищут не только в окаменелостях, но и в геноме. Об этом пишет Дзен-канал "XX2 век".

От общих предков к полной перестройке тела

Змеи и ящерицы — ближайшие родственники. Они принадлежат к отряду чешуйчатых (лат. Squamata), и их общий предок обитал более ста миллионов лет назад. Тогда будущие змеи выглядели вполне "нормально" — с развитыми лапами, способными к ползанию и хватанию. Со временем часть потомков перешла к подземному образу жизни, где конечности мешали. Постепенно они утратили функциональность, а затем и вовсе исчезли.

Если Чарльз Дарвин основывал свои выводы на наблюдениях и морфологических признаках, то современные исследователи заглядывают глубже — в молекулярную суть эволюции. И именно там кроется объяснение исчезновения змеиных ног.

Исследование, которое заглянуло в прошлое

В 2019 году команда под руководством Джулианы Гуссон Россито из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (Германия) представила исследование, опубликованное в Nature Communications. Учёные попытались выявить генетические факторы, которые привели к утрате конечностей у змей, а также сравнили этот процесс с потерей зрения у некоторых подземных млекопитающих.

"Мы исследовали эти два случая, чтобы понять гораздо более общий процесс — то, как изменения генома в ходе эволюции приводят к изменениям фенотипа", — сказала исследователь Джулиана Россито.

Её соавтором стал профессор Мигель Родригес из Университета Сан-Паулу (Бразилия). Вместе они сравнили геномы десятков видов позвоночных, чтобы выделить уникальные отличия, свойственные только змеям или животным, утратившим зрение.

Потеря не в генах, а в управлении ими

Ранее считалось, что утрата ног произошла из-за "сломанных" генов. Однако секвенирование показало: большинство генов, отвечающих за формирование конечностей, у змей сохранились. Потерян лишь один. Проблема оказалась в другом — в регуляции их работы.

"Регуляторный элемент может активировать или ингибировать экспрессию гена в определённой части организма", — пояснила Джулиана Россито.

Эти регуляторные участки называются цис-элементами. Они работают как переключатели: включают или выключают нужные гены в нужное время и в нужном месте. Если такой элемент выходит из строя, то ген перестаёт действовать в конкретной зоне — например, в зачатках лап, но продолжает работать в других тканях. Это позволяет телу эволюционировать, не разрушая организм целиком.

Как ищут "виновников" мутаций

Определить, где именно находятся эти цис-элементы, крайне сложно. У генов есть чёткие "границы" — последовательности, по которым легко понять, где они начинаются и заканчиваются. А у регуляторных участков таких ориентиров нет. Учёным приходится сравнивать ДНК множества видов, выискивая расхождения, которые возникли только у змей.

Чтобы повысить точность анализа, исследователи полностью секвенировали геном южноамериканской ящерицы тегу (Salvator merianae). Это позволило им использовать тегу как эталон для сопоставления геномов других рептилий.

"Прочитанных геномных последовательностей рептилий с хорошо развитыми конечностями мало, поэтому мы секвенировали и собрали полностью геном ящерицы тегу", — отмечают авторы.

Всего было выровнено 29 геномов — от питона и удава до аллигатора, черепах и млекопитающих. Такой масштаб позволил выделить более пяти тысяч участков ДНК, потенциально связанных с регуляцией конечностей.

Когда мыши становятся змеями

Учёные не ограничились теорией. Ещё в 2016 году проводился эксперимент, где один из цис-элементов, отвечающих за развитие конечностей у мышей, был заменён на аналогичный участок ДНК змеи. Результат оказался ошеломляющим — у эмбрионов формировались практически безногие лапки. Это стало прямым доказательством того, как небольшие регуляторные изменения могут радикально изменить форму тела.

"У змей есть мутации в этом цис-элементе. В результате были получены практически безногие мыши", — говорит Джулиана Россито.

В новом исследовании команда Россито пошла дальше: они нашли целую систему регуляторных элементов, а не один. Выяснилось, что у змей нарушена работа целого сигнального пути, отвечающего за развитие конечностей. То есть эволюция не просто "выключила" один переключатель — она переписала всю схему.

Сравнение: утрата конечностей и зрения

Этот параллельный анализ показал: эволюция может идти разными путями, даже если результат — утрата функции. У одних видов "ломаются" сами гены, у других — система их управления.

А что если вернуть всё обратно?

Можно ли вернуть змее ноги, просто "включив" нужные участки ДНК? Теоретически да, но на практике — невозможно. Цепочка регуляторных взаимодействий разрушена слишком глубоко. К тому же строение тела змеи за миллионы лет адаптировалось к иному образу жизни: их позвоночник удлинился, рёбра увеличились, мышцы перестроились для скольжения. Вернуть лапы — значит разрушить всю сложившуюся гармонию.

FAQ

Как давно змеи потеряли ноги?
Первые безногие формы появились примерно 90-100 миллионов лет назад, в меловом периоде.

Почему некоторые змеи, например питоны, всё ещё имеют зачатки лап?
Это остатки древних структур — рудименты, которые больше не выполняют функцию, но напоминают об эволюционном прошлом.

Можно ли по ДНК предсказать, какие органы исчезнут в будущем?
Частично да. Изучая изменения в регуляторных элементах, учёные могут оценить, какие признаки подвергаются "генетическому отключению".

Мифы и правда

Миф: змеи потеряли ноги, потому что жили только под землёй.
Правда: подземный образ жизни сыграл роль, но ключевым стал генетический сдвиг, изменивший регуляцию развития конечностей.

Миф: у змей нет генов, отвечающих за лапы.
Правда: гены сохранились, но не активируются в нужных местах.

Миф: эволюция "удалила" ненужные участки ДНК.
Правда: ничего не удалено — просто изменились управляющие сигналы.

Интересные факты

• В теле змеи может быть более 400 позвонков — в несколько раз больше, чем у млекопитающих.
• Эмбрионы змей на ранних стадиях действительно формируют зачатки конечностей, но они быстро регрессируют.
• В ДНК змей по-прежнему сохраняются участки, связанные с развитием пальцев.

Исторический контекст

Первые ископаемые змей с рудиментарными лапами были найдены в Ливане и Аргентине. Эти находки подтверждают постепенность процесса: сначала конечности становились меньше, затем полностью исчезали. Открытие ДНК-механизмов стало новой вехой — теперь палеонтология и генетика сходятся в одной точке.