Учёные объяснили, почему эму не летают

Учёные из Университета Кюсю сравнили развитие эмбрионов эму и курицы и выяснили, почему у эму не появляется киль — выступ на грудной кости, к которому у летающих птиц крепятся мощные грудные мышцы. У кур этот выступ формируется, а у эму рост нужной структуры останавливается слишком рано. Работа опубликована в Nature Communications.

Важно: исследование не утверждает, что это единственная причина, по которой эму не летают. Полёт зависит и от крыльев, и от массы тела, и от мышц, и от всей эволюционной истории птицы. Но учёные показали важный механизм: у эму не формируется одна из ключевых «деталей» скелета, необходимых для активного полёта.

Детали

У большинства летающих птиц на грудной кости есть киль — продольный костный выступ. Он работает как прочная опора для крупных мышц, которые двигают крыльями. Без такого выступа птице гораздо труднее развить силу, нужную для взлёта и полёта.

Исследователи сравнили эмбриональное развитие курицы и эму. Это удобная пара для сравнения: курица летает плохо, но сохраняет строение скелета летающей птицы, а эму — крупная нелетающая птица из Австралии.

На ранних стадиях развитие грудины у этих птиц оказалось очень похожим. Клетки, из которых позже формируется грудная кость, появляются по бокам тела эмбриона и затем сходятся в центре. Разница начинается позже — когда у курицы клетки продолжают делиться и образуют зачаток киля, а у эму этот процесс быстро затухает.

Ключевую роль играет сигнальный путь TGF-β. Простыми словами, это молекулярная система, которая помогает клеткам получать команду: продолжать делиться и строить ткань или остановиться и созревать. У обеих птиц этот сигнал активен до определённой стадии. Но у эму он выключается раньше, а у курицы работает дольше — примерно ещё два дня развития. За это время клетки успевают «вытянуть» будущий киль вниз.

Именно эта небольшая разница во времени даёт большой результат. У курицы формируется выступ грудной кости, а у эму — нет. Поэтому учёные говорят не о разных «наборах генов», а о разном расписании развития: похожая программа работает разное время.

Такой механизм называют гетерохронией — когда изменение сроков развития приводит к заметной разнице во взрослом организме.

Почему это важно

Исследование помогает лучше понять, как птицы в ходе эволюции приобретали или теряли способность к полёту. Иногда большие различия во внешнем виде животных начинаются с небольших сдвигов в развитии эмбриона.

Это важно не только для истории эму. Киль грудной кости — одна из главных особенностей скелета летающих птиц. Если понять, как он формируется, можно лучше разобраться, почему одни птицы стали отличными летунами, а другие — например эму, страусы или казуары — остались на земле.

Авторы также отмечают, что работа может быть полезна для более широкого понимания развития грудной кости у позвоночных. Но медицинские выводы здесь делать рано: исследование проводили на птицах, а не на людях, и оно не предлагает способ лечения деформаций грудной клетки.

Бэкграунд

Птицы теряли способность к полёту много раз в ходе эволюции. Это происходило по разным причинам: на островах без крупных хищников, при переходе к бегу, при увеличении массы тела или изменении образа жизни.

Эму — одна из крупных нелетающих птиц. Они не летают, но хорошо бегают и приспособлены к жизни на земле. Поэтому вопрос «почему эму не летают» нельзя свести к одной детали. Однако грудная кость с килем — действительно важная часть полётного аппарата.

Новое исследование показывает, как такая деталь может исчезнуть не из-за полного «сломавшегося» гена, а из-за сдвига во времени: нужный сигнал выключается раньше, и киль просто не успевает сформироваться.

Источник

Seung June Kwon et al., “Heterochronic activation of TGF-β signaling drives the diversity of the avian sterna”, Nature Communications, 2026. В исследовании учёные сравнивали развитие грудины у эмбрионов курицы и эму. Они использовали анализ активности генов во времени и пространстве, а также экспериментальные модели роста клеток. Авторы показали, что сигнальный путь TGF-β у обеих птиц активен на раннем этапе, но у эму выключается раньше, из-за чего клетки будущей грудины перестают активно делиться и киль не формируется.