Известно, что сначала рыбы выползли из воды на сушу, легко представить, как парные плавники, в конечном итоге, превратились в руки и ноги современных позвоночных, включая и человека. Исследователи из University of Chicago и Andalusian Center for Development Biology in Spain показали, как эти создания использовали свои ещё более примитивные генетические зачатки для развития прото-конечностей: одиночный дорсальный или спинной плавник общий всем челюстным рыбам.

Было продемонстрировано, что рыбы, мыши и, скорее всего, все современные позвоночные обладают общими генетическими элементами, впервые использованными для возникновения непарного дорсального плавника у родоначальных рыб. Позднее они были скопированы для продукции парных придатков, подобных тазовым и грудным плавникам, рукам и ногам.

"Непарный дорсальный плавник впервые обнаружен у ископаемых рыб," говорит Neil Shubin. "Здесь мы показали, что генетические механизмы, которые формируют паттерн всех плавников и др. парных придатков, первоначально возникли здесь и были передислоцированы на др. места."

Проведен коллегами из Испании генетический анализ на мышах и некоторых типах рыб, чтобы отследить экспрессию Sonic hedgehog (Shh), гена, широко используемого в разных базовых биологических функциях, и особенно важного для формирования конечностей.

У мышей генетический энхансер или переключатель, наз. ZRS контролирует экспрессию Shh конечностей. Если подвергнуть нокауту ZRS у мышей, то их конечности не будут развиваться соотв. образом. Исследователи использовали CRISPR/Cas9 инструмент для редактирования генов, чтобы вызывать нокаут ZRS у рыбок медака, небольших популярных аквариумных рыбок, известных как Japanese rice fish. Они ожидали, что делеция ZRS у медака затронет их парные плавники, но вместо этого у рыбок не рос их непарный дорсальный плавник. Парные тазовые и грудные плавники развивались нормально.

Это заставило исследователей обратить свой взор и на др. генетические энхансеры, которые могли бы быть использованы и они обнаружили родственный "теневой энхансер" , наз. sZRS, который, по-видимому, работает вместе с основным ZRS переключателем. Когда были подвергнуты нокауту оба ZRS и sZRS у медака, то отсутствовали как дорсальный, так и парные плавники. Это, скорее всего, означает. что ZRS первым был использован для возникновения дорсальных плавников, затем позднее был скопирован и повторно использован был sZRS, когда возникли парные плавники приблизительно 475 миллионов лет тому назад.

"Он был очень древним, его последовательности и функции оказались законсервированными у всех позвоночных," говорит Shubin. "Примитивная роль ZRS была использована для дорсального плавника. И только позднее его активность в парных плавниках потребовала появления теневого энхансера."

Понимание активности этих энхансеров помогло идентифицировать пути возникновения эволюционных родоначальников, присутствующих у всех позвоночных, от Tiktaalik roseae, возникшего 375 лет назад переходного вида "fishapod" до современного человека.

Ряд нарушений у людей может происходить в результате ошибок в ZRS, что может привордить к появлению добавочных или отсутствию некоторых пальцев или к изменению формы рук. Люди, по-видимому, также имеют этот теневой энхансер, поэтому необходимы дальнейшие исследования динамики нарушений формирования паттерна конечностей.