У карликовых рыб обнаружены суставы наподобие позвоночных

Американские учёные изучили на молекулярном и генетическом уровне происхождение суставов у хрящевых рыб и морских миног. Исследования показали, что размягчённые суставы появились раньше, чем эволюция костей.

Взаимодействие смазывающих веществ в суставе, таких как гиалуронан и аггрекан. Окрашивание показывает наличие гликозаминогликанов в челюсти и тазу ежового ската, а также в хряще глотки морской миноги. Хрящевой скелет морской миноги вырабатывает белок, связывающий протеогликаны. В тазовом суставе молодого ската на суставных поверхностях экспрессируется аггрекан — протеогликан, характерный для синовиальных суставов. CD44, гликопротеин клеточной поверхности и рецептор гиалуроновой кислоты, экспрессируется на суставных поверхностях и в подсуставных областях тазовых суставов молодого ската.

Сочленения костей, покрытые суставной сумкой, синовиальной оболочкой и жидкостью, обеспечивают подвижность животным и помогают им сохранять стабильность при движении. Ранее полагали, что такое строение появилось у наземных позвоночных из-за перехода к передвижению по суше. Однако впоследствии исследования белков, смазывающих суставы,… обнаруживали в челюстях костных рыб данио-рерио (Danio rerio), трехиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus) и у пятнистой панцирной щуки (Lepisosteus oculatus).

Новости СМИ2

Обнаружения позволяют отнести эволюционное появление смазанных суставов как минимум за 410 миллионов лет назад к общему предку позвоночных животных. Более точную дату возникновения такого механизма установить сложно из-за несохранения суставной ткани в ископаемых скелетах.

Смазка и эластичность костей в суставе обеспечивается несколькими факторами. Поверхность соединения костей покрыта гибким гиалиновым хрящом. В дополнение к этому сустав смазывается белками хондроитинсульфатами. аггреканЛубрицин, коллагены двух типов, гликозаминогликаны (гиалуроновая кислота) и гликопротеин CD44 предотвращают трение костей при движении в синовиальных суставах. По этим признакам американские биологи решили выяснить, есть ли синовиальные суставы у хрящевых рыб, которые считаются предками позвоночных. Для этого ученые изучили устройство скелета акул, скатов и бесчелюстных миног. Препринт исследования. опубликован на сайте bioRxiv.

Микротомография и гистология выявляют разделенные сочленения с полостями у молодых ежовых скатов, но не у морских миног. 3D-реконструкция хрящевого скелета молодых скатов (стадия 33) демонстрирует сочленения с взаимной геометрией поверхностей в челюсти и тазу. Сочленения ската видны в челюсти и тазовом ребре между тазовым поясом. 3D-реконструкция хрящевого скелета молодой миноги в боковом ракурсе показывает невзаимозаменяемость хрящевых элементов и отсутствие суставных полостей, что подтверждается контрастом между соседними элементами. Гистохимическое окрашивание выявляет наличие полостей в суставах челюсти и таза молодого ската. Гистохимическое окрашивание демонстрирует наличие суставов без полостей у миноги.

Исследователи изучили строение скелета эмбрионов белопятнистой кошачьей акулы. Chiloscyllium plagiosum), ежового ската (Leucoraja erinacea) и молодой особи морской миноги (Petromyzon marinusМикротомография и гистологический анализ выявили сочленения с полостями, напоминающими суставы, в челюстях и тазовой области у хрящевых рыб. У миног отдельные хрящевые элементы отсутствовали. Выстилка суставной полости ската и акулы напомнила ученым мембрану из хондроцитов тетраподов, а морфология походила на суставы куриного эмбриона.

Окрашивание показало наличие в суставной поверхности скатов коллагена второго типа и гликозаминогликанов. Геномный анализ выявил, что у скатов смазывающие белки (аггреканы, CD44 и другие) выделяются только в области сустава, а у миноги — по всему хрящевому скелету. Установлено также, что разделение хрящей на два и формирование посередине суставной полости происходит у скатов между 32-й и 33-й стадией развития.

Исследователи изучили процесс формирования суставов, вызвав паралич мышц у некоторых эмбрионов. У парализованных особей суставные полости в тазовой и челюстной областях не образовались, тогда как у неповреждённых взрослых рыб всё было нормально. Авторы работы пришли к заключению, что мышечные сокращения участвуют в формировании сустава между хрящами.

Исследование показало: синовиальные суставы появились раньше костей. Бесчелюстные морские миноги имели гены для производства смазывающих белков, что делало их тела гибкими. Возможно, хрящевые рыбы адаптировали эти инструменты для движений челюстью и плавниками в более жестком скелете.