Когда и как костный мозг впервые появился в конечностях ранних четвероногих животных, спорно в эволюционной биологии. С помощью мощной рентгеновской технологии международная исследовательская группа, возглавляемая Уппсальским университетом, теперь обнаружила, что эта эволюционная адаптация, скорее всего, произошла после того, как первые четвероногие ступили на берег.

"Это означает, что важнейший процесс развития красных кровяных телец в костном мозге конечностей произошел позже, чем мы думали ранее", - говорит Софи Санчес, доцент кафедры биологии организма Уппсальского университета.

Первые костистые животные, или позвоночные, появились и эволюционировали в воде более 500 миллионов лет назад. Примерно 100 миллионов лет спустя первые четвероногие животные, называемые четвероногими, выползли из воды на сушу. Этот важный переход потребовал не только очевидных изменений в том, как животные передвигались, но и физиологической адаптации к новой среде. Помимо всего прочего, они разработали новое место, где вырабатываются клетки крови, процесс, называемый кроветворением.

Рыбы и водные лягушки производят свои клетки крови в печени и почках, в то время как клетки крови наземных позвоночных происходят из стволовых клеток в их костном мозге. Некоторые исследователи предположили, что это может быть адаптация у наземных позвоночных, чтобы защитить тонкую и важную функцию производства клеток крови от повреждений, вызванных ультрафиолетовым светом и резкими перепадами температуры, испытываемыми на суше. Это означает, что миграция продукции клеток крови из органов мягких тканей в скелет, скорее всего, произошла бы до или во время перехода от воды к суше.

Структура ископаемой кости, смоделированная в 3-D

Исследователи из Упсальского университета в Швеции, Европейского центра синхротронного излучения во Франции, Университета Коменского в Словакии и Университета Флиндерса в Австралии проверили эту гипотезу, изучив внутреннюю структуру длинных костей лопастеперых рыб и ранних четвероногих с помощью синхротронной микротомографии. Полученные рентгеновские снимки чрезвычайно высокого разрешения позволили исследователям реконструировать структуру ископаемых костей в мельчайших деталях в 3-D.

Одним из условий, необходимых для возникновения гемопоэза в скелетных элементах, является развитие открытой полости костного мозга, где клетки костного мозга могут взаимодействовать как с централизованной сеткой кровеносных сосудов, так и с внутренней поверхностью кости, как это наблюдается у наземных позвоночных. С другой стороны, у лопастеперых рыб костная полость заполнена костными стенками, которые делят ее на различные трубчатые структуры и делают невозможным обмен между клетками костного мозга и кровеносными сосудами.

Развитие после перехода от воды к суше

Новые трехмерные модели показали, что процессы в костном мозге у 360-380-миллионолетних девонских лопастеперых рыб и четвероногих формируют разделенные длинные трубки, которые, вероятно, тормозят развитие централизованной кровяной сетки, тем самым предотвращая кроветворение в их костях плавников/конечностей.

"Это означает, что миграция гемопоэза в костный мозг, вероятно, возникла как у амфибий, так и у других наземных четвероногих после перехода от воды к суше",-говорит Софи Санчес.

Исследователи полагают, что костный мозг конечностей, скорее всего, уже играл определенную роль в росте костей конечностей до того, как он участвовал в производстве клеток крови. Самые древние животные, которых они изучали до сих пор, у которых существуют открытые полости костного мозга конечностей, где, возможно, происходило кроветворение,-это 300-миллионолетние сеймурии и дискозавриски, которые являются предшественниками четвероногих, которые начали откладывать яйца на суше.

ИСТОЧНИК