Пауки и скорпионы получили колени благодаря дополнительной копии гена, контролирующего длину ног у членистоногих.

Странный факт, известный, наверно, только специалистам – у пауков, в отличие от насекомых и ракообразных, есть колени. На паучьих ногах, между сегментом, соответствующим бедру, и сегментом, соответствующим голени, есть дополнительный сегмент, который так и называется – patella, или коленная чашечка. Колени улучшают подвижность ног, и пауки в полной мере воспользовались этой анатомической новацией: они прекрасно передвигаются по самым разным поверхностям, и многие из них довольно быстро. Но откуда у паукообразных могли взяться коленные чашечки? Ведь у других членистоногих, повторим, ничего такого нет.

Ответ тут неожиданно нашли исследователи из Гёттингенского университета. Неожиданно же потому, что Наташа Турецек (Natascha Turetzek) и её коллеги интересовались совсем другим – они хотели выяснить, почему у одних пауков ноги получаются длиннее, чем у других. Сначала думали, что всё дело в так называемом гене Dachshund (в переводе – «такса») – от него зависит длина конечностей у членистоногих, и если у дрозофилы, например, его выключить, то ноги у мухи будут короткими.

Однако у пауков с разной длиной ног никаких отличий в активности Dachshund не было. Но одновременно авторам работы удалось найти копию того же гена, которую в геноме паукообразных до сих пор никто не видел. Это обычная эволюционная история: какой-то ген удваивается, и, пока один экземпляр делает то, что и всегда делал, второй становится полигоном для эволюционных инноваций – в нём накапливаются мутационные изменения, которые могут довольно сильно изменить его функции. Никакой проблемы в том, что он вообще может сломаться, нет, ведь у организма есть ещё одна (а то и не одна) рабочая копия.

Дальнейшие эксперименты показали, что второй Dachshund у пауков включается во время эмбрионального развития в том участке конечностей, где формируется сегмент коленных чашечек. Если же ген выключали, коленный сегмент оставался сращенным с берцовым сегментом, и полноценного коленного членика не формировалось. Результаты исследования опубликованы в Molecular Biology and Evolution.

Пример с паучьими коленями в который раз подтверждает известную теорию, что вовсе не обязательно какие-то особенности строения организма появляются благодаря абсолютно новым генам, возникшим «с нуля». Как было сказано выше, обычно берётся какой-то уже существующий ген, копируется, и вот с копией происходят всевозможные эволюционные приключения, которые могут привести к весьма полезным признакам.

Преимущества коленного сегмента были заметны в тех же опытах: молодые пауки, у которых из-за генетических манипуляций коленей не было, были менее подвижными и легко становились добычей своих более шустрых собратьев. С другой стороны, вторая копия Dachshund есть у пауков, скорпионов, но не у клещей, хотя колени есть и у клещей тоже. Что подтверждает уже другое эволюционное правило, согласно которому эволюция одного и того же результата может добиваться разными путями.