Когда ухо воспринимает звуки, то оно отсылает сигналы в кластеры нейронов, наз. слуховыми ядрами ствола мозга, а когда оно регистрирует движения головы, то посылает сигналы в вестибулярные ядра ствола головного мозга. Вестибулярные ядра удивительно сходны среди позвоночных, от рыб до человека (Fritzsch et al., 2014). Однако, слуховые ядра обнаруживают существенное разнообразие между видами. Напр., птицы и млекопитающие имеют путь, который использует различия во времени прибытия звука в каждое ухо, чтобы определять, откуда выходит шум. Однако, циркуит работает по-разному в этих двух группах животных, подтверждая, что он мог возникать независимо много раз во время эволюции (Grothe and Pecka, 2014). Как же возникают современные слуховые и вестибулярные ядра?

Одной из стратегий решения этого вопроса является исследование эмбрионального развития позвоночных. Ядра в стволе головного мозга возникают из эмбрионального заднего мозга, который удивительно сходен у видов позвоночных и подразделен на сегменты, наз. ромбомерами (Di Bonito and Studer, 2017). Исследования по картированию судеб были использованы для тестирования действительно ли клетки в слуховых и вестибулярных ядрах разных видов позвоночных происходят из одних и тех же ромбомеров.

C помощью этой техники, эмбриональные ткани могут быть мечены с помощью внешних маркеров, таких как краска (для традиционного картирования судеб), или флуоресцентных маркерных белков (для картирования генетических судеб), чтобы отслеживать предназначения клеток, возникающих из данной ткани (Stern and Fraser, 2001; Legue and Joyner, 2010). Ранее традиционное картирование судеб ограничивалось исследованиями на птицах (у которых были доступны эмбрионы), тогда как картирование генетических судеб ограничивалось млекопитающими (которые имели доступные геномы; Cramer et al., 2000; Mar?n and Puelles, 1995; Kim and Dymecki, 2009).

Однако, оба подхода имеют техничеcкие изъяны и они идентифицируют предшественников разными способами, что мешает прямому их сравнению. Традиционное картирование судеб выявляет судьбы всех меченных клеток внутри ограниченной области эмбриона, которая может содержать ряд типов клеточных предшественников. Напротив, картирование генетических судеб маркирует только клетки, которые экспрессируют определенный ген (или гены), но эти клетки могут происходить из более широкой области внутри эмбриона.

Теперь в eLife, Marcela Lipovsek and Richard Wingate из King's College London сообщают о том, как они смогли разрешить дилемму путем использования базирующегося на векторе картирование генетических судеб у эмбрионов кур (Lipovsek and Wingate, 2018). Исследователи сфокусировались на генах, которые были активны в определенных регионах эмбрионального заднего мозга. Были использованы плазмидные векторы, чтобы метить клетки флуоресцентным белком, после того, как специфические гены в этих клетках оказывались активными. Таким образом судьба клеток вдоль двух анатомических осей (от головы к хвосту и от спины к животу) могла быть отслежена. Lipovsek и Wingate изучали те же самые гены, которые ранее были использованы для конструирования карт генетических судеб ядер ствола головного мозга у мышей, это позволило им осуществить прямое сравнение между птицами и млекопитающими (Di Bonito and Studer, 2017).

Их результаты подтвердили, что вестибулярные ядра имеют одинаковое эмбриональное происхождение у кур и мышей. Напротив, слуховые ядра, которые выполняют сравнимые роли у кур и мышей возникают из полностью разных эмбриональных тканей. Это указывает на то, что птицы и млекопитающие используют разные популяции родоначальных клеток - часто из разных рабдомеров - чтобы независимо сформировать циркуиты для определения источника звука.

Lipovsek and Wingate предоставили исчерпывающие доказательства, что анатомическое сходство между вестибулярными ядрами у птиц и млекопитающих обусловлено общим онтогенетическим и эволюционным источником. И поскольку их вестибулярные системы также гомологичны таковым у рыб, то очевидно, что роль вестибулярной системы также гомологична таковой у рыб, очевидно, что роль ветибулярного органа остается относительно неизменной от наших водных родоначальников после их выхода на сушу (Fritzsch et al., 2014). Напротив, разные онтогенетические источники слуховых ядер у птиц и млекопитающих отражают, как каждый clade решает проблему слуха на суше, используя свою собственную экологическую нишу (Carr and Christensen-Dalsgaard, 2016).