Новое исследование показывает, что геномы китообразных, которые включают дельфинов и китов, изменились в важных направлениях, чтобы позволить этим животным перейти от наземной жизни в водную среду. Ученые из Германии и США исследовали, как эволюционировал генетический состав китообразных, который позволяет им жить в океане. В статье, которая опубликована в журнале Science Advances, авторы исследования объясняют, что этот переход был частично возможен, поскольку определенные гены стали неактивными у дельфинов, китов и других китообразных на протяжении тысячелетий.
Актуальность проблемы
Хотя дельфины и киты выглядят как рыбы и живут в водной среде, они, по сути, являются млекопитающими. Поэтому они во многом ближе к наземным позвоночным животным, которые рождают живых детенышей и затем кормят их своим молоком. Исследователи теперь знают, что китообразные эволюционировали от наземных предков около 52,5 миллионов лет назад, перейдя к жизни в море. При этом млекопитающие адаптировалась медленно, развивая различные биологические особенности, которые соответствуют требованиям подводной жизни. В то время как некоторые особенности — включая плавники, ласты и аквадинамическую форму тела — легко заметны, другие адаптации более тонкие, но не менее важные.
Материалы и методы исследования
Ведущий автор исследования Маттиас Уэльсман (Matthias Huelsmann) решил выяснить, как адаптировались геномы китообразных, что позволило им жить под водой. Для этого ученые проанализировали 19 769 генов у 62 различных видов млекопитающих, включая «четырех китообразных, двух ластоногих (тюленей и моржей), ламантина и 55 наземных млекопитающих» в поисках генов, которые стали неактивными после того, как китообразные эволюционировали от своих наземных предков.
«Чтобы точно идентифицировать гены, которые были инактивированы во время перехода от Земли к воде, мы использовали недавно секвенированный геном обыкновенного гиппопотама, полуводного млекопитающего, который является ближайшим живым родственником китообразных«, — поясняют авторы исследования.
Результаты научной работы
Команде ученых удалось выявить 85 «потерянных генов». Один из инактивированных генов, объясняют исследователи, играет роль в секреции слюны. В то время как слюна помогает наземным млекопитающим смягчать пищу, а также запускать пищеварительный процесс через определенные ферменты, она стала ненужной для водных млекопитающих, потому что вода может выполнять эту функцию.
Два других гена, которые стали «потерянными», были необходимы для образования сгустка крови. Однако их инактивация, вероятно, позволила создать другие механизмы закупорки ран, которые были более полезны в воде.
Еще одна ключевая потеря — это инактивация некоторых генов, участвующих в функционировании легких.
«В то время как коллапс легких представляет собой серьезную клиническую проблему для людей, он служит для снижения как плавучести, так и риска развития декомпрессионной болезни у китообразных», — объясняет Уэльсманн.
Китообразные также потеряли все гены, позволяющие млекопитающим синтезировать мелатонин, гормон, который помогает регулировать циклы сна и бодрствования. У млекопитающих, обитающих в воде, эта потеря привела к развитию другого типа сна, называемого однополушарным сном. В этой форме сна только половина мозга отдыхает, в то время как другая половина остается бдительной. Этот механизм позволяет китообразным плавать на поверхности или производить больше тепла, если это необходимо.
Все эти адаптации, возможно, помогли китам, дельфинам и подобным водным млекопитающим начать жить как рыба. «Результаты исследования показывают, что потери генов у китообразных не только связаны с водой, но и полностью могут адаптироваться к водной среде», — заключают исследователи.
Научная статья по теме: Эпигенетические часы помогут врачам прогнозировать развитие ребенка.
