Новые данные об эволюции позвоночных были представлены в начале января в Атланте (США), где прошло ежегодное собрание Общества интегративной и сравнительной биологии. Текущие и будущие исследования помогут уточнить, как происходила эволюция костных тканей. Новые открытия смогут не только удовлетворить интерес ученых, но и принести практическую пользу, а именно — позволят разработать новые более совершенные методы лечения остеопороза и остеохондроза.
Первые позвоночные животные появились на Земле в период 500 – 450 млн лет назад. В какой-то момент времени они обрели способность к ремоделированию костей. Это процесс, который длится на протяжении всей жизни позвоночного животного. Он включает в себя как регенерацию костей (наращивание костной ткани), так и их постоянное обновление. Ремоделирование костей является важным эволюционным преимуществом, так как позволяет позвоночным поддерживать крепкий и здоровый скелет. Согласно современной концепции, в костях есть небольшие канальцы, по которым кровеносные сосуды переносят три типа клеток:
- остеокласты удаляют зрелую костную ткань;
- остеобласты формируют новую костную ткань;
- остеоциты поддерживают структурную целостность костей.
Долгое время ученые не могли обнаружить фрагменты обновленных костей (остеонов) в окаменелостях позвоночных рыб возрастом более 360 млн лет. Поэтому в эволюционной биологии принято было считать, что на обретение способности к ремоделированию у древних позвоночных ушло порядка 100 – 140 млн лет. Однако исследование окаменелостей рыб возрастом 460 млн лет, проведенное американскими учеными, показало, что эта способность появилась у животных на 100 млн лет раньше, чем считалось.
Группа ученых под руководством биолога и палеонтолога из Чикагского университета Яры Хариди комплексно изучила останки бесчелюстной рыбы Astraspis, обитавшей на Земле в ордовикский период 460 млн лет назад, и обнаружила, что у этих существ поверх хрящевых тканей формировались костные. Хрящи представляют собой первичный скелет — они состоят в основном из органики и отличаются высокой эластичностью. В состав костей входят коллаген и минералы, добавляющие им прочности. Кости, вырастающие поверх хрящей, защищают внутренние органы от повреждений, что позволяет говорить о наличии полноценного скелета.
Источник: nature.com
С помощью методов машинного обучения биологи объединили данные с передовых электронных микроскопов и трехмерных сканеров. Первичные данные свидетельствовали о наличии у Astraspis остеонов, что позволяет предположить, что даже примитивные ранние позвоночные могли обновлять и заживлять свои кости. На втором этапе работы результаты исследований были дополнительно проверены в Аргонской национальной лаборатории, где при помощи электронного синхротрона были сделаны рентгеновские снимки, окончательно подтвердившие наличие остеонов. Однако характерных углублений, свидетельствующих о движении остеоцитов в костной ткани, обнаружено не было. По словам руководителя исследования Яры Хариди идея о значимости остеоцитов при ремоделировании будет изучена подробнее и, возможно, пересмотрена.
Изображение на обложке: художественное представление сообщества существ Castle Bank, Ян Динхуа. Источник: Nature Ecology & Evolution/PA
