Согласно новому исследованию, наружные уши человека могли эволюционировать из жабр доисторических рыб. Эксперименты с генной модификацией показывают, что в процессе нашей эволюции хрящи в жабрах рыб миллионы лет назад мигрировали в слуховой канал. Более того, корни наружного уха могут уходить ещё глубже, к древним морским беспозвоночным, таким как мечехвосты.
Это открытие проливает свет на загадочное происхождение наружных ушей, которые уникальны для млекопитающих.

«Когда мы начали этот проект, происхождение наружного уха представляло собой совершенно непонятный вопрос», — заявил Гейдж Крамп (Gage Crump), профессор стволовой клеточной биологии и регенеративной медицины из Университета Южной Калифорнии.
Ранее было известно, что среднее ухо человека, расположенное за барабанной перепонкой и состоящее из трёх маленьких косточек, образовалось из челюстных костей древних рыб. Этот пример преобразования и переиспользования анатомических структур в ходе эволюции заставил учёных задуматься: не могли ли хрящевые ткани наружного уха тоже произойти от какой-то древней структуры в жабрах рыб.
Наружные уши млекопитающих состоят из эластичного хряща, который отличается гибкостью по сравнению с другими типами хрящей, такими как гиалиновый хрящ, присутствующий в носу, и фиброзный хрящ, находящийся в межпозвоночных дисках.
Ключом к установлению связи между наружными ушами человека и жабрами рыб стало открытие, что эластичный хрящ также присутствует в жабрах рыб.
«Когда мы начали исследование, данных о наличии эластичного хряща за пределами млекопитающих было крайне мало», — отметил Крамп.
Чтобы обнаружить эластичный хрящ в жабрах рыб, таких как данио-рерио (Danio rerio), атлантический лосось (Salmo salar) и три других вида современных костистых рыб, учёные использовали окрашивание белков. Это указывает на то, что эластичный хрящ — общая черта этой группы рыб, как говорится в исследовании, опубликованном 9 января в журнале Nature.
Далее учёные проверили эволюционную связь между эластичным хрящом в жабрах рыб и наружными ушами млекопитающих. Поскольку хрящ плохо сохраняется в окаменелостях, исследователи использовали молекулярные маркеры, такие как усилители генов — короткие участки ДНК, которые активируют гены при связывании с определёнными белками.

Из-за их высокой специфичности к тканям усилители позволяют точно определить, где они активны. Чтобы проверить, схожи ли процессы генетической регуляции в жабрах рыб и наружных ушах человека, команда вставила усилители генов наружных ушей человека в геном данио-рерио.
Эксперимент активировал процессы в жабрах данио-рерио, что намекнуло на древнюю связь между генами наружных ушей человека и жабрами рыб. Затем учёные провели обратный эксперимент: они ввели усилители генов жабр данио-рерио в геном мышей и обнаружили активность в наружных ушах грызунов.
Дальнейшие эксперименты с головастиками и зелёными анолисами (Anolis carolinensis) показали, что амфибии и рептилии также унаследовали структуры ушей и жабр от рыб. У ящериц активность усилителей была зафиксирована в слуховом канале, что указывает на то, что миграция эластичного хряща из жабр в наружное ухо началась ещё до появления рептилий около 315 миллионов лет назад.
«Наши результаты показывают, что элементы древней программы развития жабр многократно переиспользовались в ходе эволюции позвоночных для формирования различных структур жабр и ушей», — пишут авторы исследования.
Наконец, команда обнаружила усилитель в клетках мечехвостов, который активировал процессы в жабрах данио-рерио. Мечехвосты — это «живые ископаемые», появившиеся около 400 миллионов лет назад. Это открытие предполагает, что корни наших наружных ушей уходят гораздо глубже, чем считалось ранее.
И хотя требуется дальнейшее изучение, чтобы определить, насколько глубоки эти корни, «это исследование открывает новую главу в истории эволюции уха млекопитающих», — отметил Крамп.