«Иглобрюхие – одни из самых странных рыб в океане, особенно потому, что у них уменьшенный скелет, клювовидные зубы и они образуют шипы вместо чешуи – не везде, а только на определенных участках тела», – говорит автор-корреспондент Гарет Фрейзер, доцент Университета Флориды.
Фрейзер и его команда проследили за развитием шипов иглобрюхов у эмбрионов.
Первоначально они выдвинули гипотезу о том, что шипы образованы из чешуи – рыба-иглобрюх потеряла чешуйчатый компонент, но сохранила позвоночник – но они обнаружили, что шипы в своем развитии уникальны по сравнению с чешуей. Они также обнаружили, что развитие шипов иглобрюхов зависит от той же сети генов, которые обычно экспрессируются в перьях и волосах других позвоночных животных.
«Меня просто поражает то, что независимо от того, насколько эволюционно разные структуры кожи у животных, они по-прежнему используют один и тот же набор генов во время развития», – говорит Фрейзер.
Затем исследователи решили посмотреть, что произойдет, если они будут манипулировать этими генами. Используя CRISPR-Cas9 и другие генетические методы, исследователи заблокировали определенные гены, которые являются классическими маркерами развития придатков кожи. Это позволило им уменьшить количество шипов у иглобрюха, а также ослабить ограничение на то, где иглы появляются у иглобрюха.
Обычно шипы у иглобрюхов локализуются в определенных областях.
Фрейзер говорит, что такая локализация шипов предназначена для усиления защиты.
«Когда иглобрюхи надуваются, глотая воду или, в некоторых случаях, воздух, их кожа растягивается, особенно вокруг живота, и становится более восприимчивой к повреждениям, например, разрывам», – говорит он. "Шипы укрепляют раздутый живот. В крайних случаях некоторые иглобрюхи лишаются всех остальных шипов на теле и сохраняют только шипы брюшной полости."
Причина разнообразия покрытия позвоночника, скорее всего, экологическая, говорит Фрейзер.
«Что действительно движет этими изменениями, с точки зрения потери или увеличения шипов, является многофакторным, но сдвиги в покрытии шипов и морфологии могут позволить иглобрюхам воспользоваться преимуществами новых экологических ниш, которые им доступны», – говорит он. "По мере того, как климатические изменения и окружающая среда становятся разными, рыба-иглобрюх может использовать эти развивающиеся черты, чтобы переносить изменения и адаптироваться к ним."
Посредством своих усилий по секвенированию Фрейзер и его коллеги надеются в конечном итоге выявить различия в геноме, которые учитывают разнообразие покрытия, морфологии шипов и переход от чешуи к шипам.
«Мы можем манипулировать разными вещами, связанными с разнообразием иглобрюхов, что дает нам ключ к разгадке функций генов, необходимых для нормального развития, и помогает нам понять эволюцию и структуру шипов иглобрюхих», – говорит Фрейзер. "Рыба-иглобрюх – это рыба дикого происхождения, которая невероятно отличается от других групп, и, в конечном итоге, мы хотим увидеть, есть ли что-то специфическое в геноме иглобрюха, которое может дать подсказки, чтобы предложить механизмы, которые позволяют им создавать эти странные структуры."