Молоко растворило желток в яйце

Омлет – очень питательный завтрак, но большинство всё же предпочитают либо молоко, либо яйца. Такой же выбор сделала природа, лишившая млекопитающих возможности вскармливать детей желтками около 30–70 миллионов лет назад. Швейцарские учёные смогли шаг за шагом проследить, как животные перешли к кормлению детёнышей исключительно молоком – стратегии, используемой самыми успешными на сегодняшний день представителями фауны.

На эмбриональной стадии развивающемуся организму нужно особенно много питательных веществ и энергии, ведь за считанные дни одна клетка увеличивается в десятки и сотни раз. За долгие миллионы лет эволюции природа испробовала разные варианты обеспечения этой потребности.

Самые древние организмы ограничивались тем, что оставляли детёнышам запас питательных веществ раз и навсегда, накапливая в яйцеклетке достаточно «пищи» для формирования полноценного организма. Если у яйцеклетки есть твёрдая оболочка, то мы обычно называем её яйцом, а запас питательных веществ в ней – яичным желтком.

Чем большего размера появляющийся на свет детёныш, тем больше веществ приходится откладывать. Например, ооцит – материнская половая клетка – некоторых акул достигает 22 см в поперечнике. Однако такая тактика позволяет, однажды накопив питательные вещества, больше не заботиться о развитии зародыша – на свет появляется организм, способный питаться уже, как взрослый, пусть и не без помощи родителей, ковыряющих ему червячков.

Другая крайность – непрерывно заботиться о зародышах с самого начала, начиная практически с момента зарождения жизни – формирования зиготы. После появления детёныша на свет такие животные продолжают кормить его – теперь уже материнским молоком. В числе этих самых совершенных животных и человек.

Как показали швейцарцы, переход от одной крайности к другой продолжался более 200 миллионов лет, а материнское молоко появилось задолго до того, как яйцеклетки лишились своих желтков.

Работа Давида Браванда, Вальтера Вали и Хенрика Каэссманна из Университета Лозанны опубликована в последнем номере PLoS Biology.

Учёные использовали тот факт, что среди млекопитающих есть три группы, использующие разную стратегию выведения потомства. Это плацентарные, к которым относится большинство, в том числе человек, кошка, собака; сумчатые, распространенные в Австралии и островах Океании, а также в Южной Америке; и однопроходные – утконос и пара видов ехидн.

Самки плацентарных длительное время вынашивают эмбрион внутри, за чем следует относительно короткий период лактации, не превышающий время эмбрионального развития.

У сумчатых плацента развита слабо и не может прокормить большой эмбрион, а потому период беременности небольшой, и за ним следует продолжительное вскармливание. Например, у кенгуру, которые могут быть значительно больше человека, беременность длится всего несколько недель, а потом очень маленький малыш, вес которого не превышает 1 грамма, переползает в сумку, где и питается молоком до 1 года. Все, чем мать может помочь ему – вылизать дорогу, облегчив путь по шерсти.

Однопроходные проводят с потомством еще меньше времени. Как последние, сохранившиеся из первозверей, они откладывают яйца, похожие на рептилий. У утконоса уже через 10 дней вылупляются детеныши размером до 2,5 см, которые потом питаются молоком матери, выступающим из пор на животе и стекающим по складкам. И уже в 17 недель они покидают нору и идут на свою первую охоту.

Всё это многообразие произошло от рептилий, зачастую даже не заботящихся о высиживании яиц. Ученые сравнили гены представителей трех этих групп животных с «контролем» – курицей, как и все птицы, тоже произошедшей от яйцекладущих чешуйчатых предков и к сегодняшнему дню ни утерявшей способности нести яйца, ни научившейся вскармливать птенцов молоком.

Общие участки ДНК у всех групп млекопитающих позволили ученым сказать, что гены казеина – основного белка молока – возникли между 200 и 310 миллионами лет назад, что соответствует палеонтологическим данным.

Однако палеонтология до сих пор не могла дать ответа на вопрос, когда яйцеклетки млекопитающих лишились своих желтков. Через миллионы лет до нас доходят только кости, да и то – лишь их форма – оригинальный костный материал при окремнении замещается камнем.

Чтобы выяснить, когда у яиц не стало желтков, учёные провели анализ генов, отвечающих за производство белка вителлогенина – основного источника питания в яйце.

У курицы таких генов три. У однопроходных – самых близких к древнейшим предкам животных – ученые нашли только один. Остальные два превратились в псевдогены – участки ДНК, потенциально несущие ту же информацию и даже представленные почти той же последовательностью, за исключением нескольких мутаций, которые и сделали их неактивными. Переход от гена к псевдогенам проходил постепенно, и последняя мутация, сделавшая ген окончательно бесполезным, случилась 30–70 миллионов лет назад.

В результате, если утконос ещё может обеспечить своих потомков небольшим запасом желтка, то размер человеческой яйцеклетки (кстати, самой большой клетки в человеческом организме) не превышает 145 мкм.

Обнаружить животных, у которых активны два гена виттелогенина, пока не удалось. Не исключено, что они просто не сохранились к настоящему времени – ведь и тот факт, что на нашей планете до сих пор живут утконос и ехидна, многие учёные считают чудом.

Всё, что ни происходит, всё к лучшему. И если эволюция и лишила нас желтка, то дала потрясающий источник энергии и питательных веществ, а это позволяет сочетать знакомство с большим миром с ростом и развитием, не ограниченным скорлупой.