Эксперименты биологов показали, как в процессе эволюции из трехкамерного сердца хладнокровных получилось четырехкамерное сердце теплокровных млекопитающих и птиц - Гранит науки - 2009-09-09

Эксперименты биологов показали, как в процессе эволюции из трехкамерного сердца хладнокровных получилось четырехкамерное сердце теплокровных млекопитающих и птиц

Земноводные, включая лягушек и саламандр, имеют трехкамерное сердце, состоящее из двух предсердий и одного желудочка. У активных млекопитающих и птиц постоянную доставку к тканям кислорода воздуха обеспечивает сердце с двумя предсердиями и двумя желудочками, последние разделены мышечной перегородкой. Сердце пресмыкающихся представляет отдельный научный интерес – оно считается трехкамерным, но его желудочек имеет неполную перегородку, а потому кровообращение рептилий являет собой некую промежуточную форму. Анатомические исследования не давали представления о происхождении этой половинчатой перегородки. Группа под руководством Бенуа Бруно (Benoit Bruneau) из Гладстонского Института Сердечнососудистых Заболеваний (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) в Сан-Франциско, ранее установившая неравномерную активность гена, который кодирует некий белковый фактор TBX5, в левом и правом желудочках теплокровных, сейчас решила провести сравнительное исследование между разными классами животных, сфокусировав внимание на распределении именно этого белка. Т.е. ученые попытались дойти до молекулярных основ эволюции важнейшего органа позвоночных. Этим исследованиям посвящена статья в последнем номере Nature (3 September, 2009).

Активность гена, который кодирует фактор транскрипции TBX5, искали в сердце эмбрионов красноухой черепахи и зеленой ящерицы семейства Анолисовых. В этой серии экспериментов исследователи стремились выяснить, нет ли подобной асимметрии в распределении значимого для строения сердечной перегородки фактора у пресмыкающихся. Как выяснилось, на ранних стадиях развития зародыша TBX5 присутствовал в желудочке сердца повсюду как у черепах, так и у ящериц. Но позже этот фактор исчезает из правой части сердца черепахи, оставаясь только в левом желудочке. Этот факт указывает на то, что сердце черепахи на самом деле имеет два желудочка, как у теплокровных. В сердце ящериц такого не наблюдается – белок TBX5 там повсюду, следовательно, желудочек у ящериц единый и неделимый, несмотря на наличие неполной перегородки. Более того, по утверждению доктора Бруно, «обнаруживаемая внутри желудочка сердца ящерицы структура сердечной перегородкой не является». В ходе эволюции ящерицы возникли раньше черепах, и механизм сегрегации желудочков по активности в них фактора TBX5 эволюционировал после этого. В развитие идеи авторы перешли на мышей, у которых в норме четырехкамерное сердце. Подавив в эмбрионах грызунов активность гена, отвечающего за синтез фактора TBX5, они увидели, что сердце у таких зародышей развивается трехкамерным, как у хладнокровных животных т.е. без перегородки между желудочками. Эти результаты не только проливают свет на эволюцию сердечнососудистой системы, но и помогают понять природу врожденных заболеваний человека, связанных с мутацией по фактору TBX5 и выражающихся в смертельно опасном отсутствии межжелудочковой перегородки. Не исключено, что в будущем такой дефект можно будет исправлять, влияя на уровень белка TBX5 у зародыша.