Як кити та дельфіни еволюціонували до життя в морі
Нове дослідження показує, що геноми китоподібних, до яких належать дельфіни та кити, змінилися важливими способами, щоб дозволити цим тваринам переходити від наземного до водного середовища.
Хоча китоподібні, такі як дельфіни та кити, схожі на рибу і - так само, як риби - живуть у водному середовищі, насправді вони є водними ссавцями.
Тому вони багато в чому ближчі до мешканних хребетних тварин, які народжують молодих, а потім вигодовують їх.
Зараз дослідники знають, що китоподібні еволюціонували від предків, що мешкали на землі, приблизно 52,5 мільйона років тому, переходячи до життя в морі.
До цієї кардинальної зміни ця група ссавців з часом повільно адаптувалася, розвиваючи різні біологічні особливості, які відповідають вимогам підводного життя.
Хоча деякі - включаючи плавники, ласти та аквадинамічну форму тіла - легко помітні, інші пристосування є більш тонкими, але не менш важливими.
Зараз дослідження двох інститутів Макса Планка в Дрездені, Німеччина, Каліфорнійського університету в Ріверсайді та Американського музею природної історії в Нью-Йорку, Нью-Йорк, показує, як змінився генетичний склад китоподібних, щоб дозволити їм жити в океані .
У дослідницькій роботі, яка виходить у журналі Наукові досягнення, автори пояснюють, що цей перехід був частково можливим, оскільки певні гени стали неактивними у дельфінів, китів та інших китоподібних протягом тисячоліть.
85 «втрачених генів» могли полегшити життя в морі
Провідний автор Маттіас Гельсманн та його колеги були зацікавлені в кращому розумінні того, як геноми китоподібних адаптувались, щоб дозволити їм процвітати під водою.
Для цього вони «прочесали» 19769 генів у 62 різних видах ссавців - у тому числі, як вони пояснюють у своїй роботі, «чотири китоподібних, два ластоногих [клада, що включає тюленів і моржів], ламантина і 55 наземних ссавців ”- пошук генів, які стали неактивними після епізодії китоподібних від своїх предків, що мешкали на землі.
«Для точної ідентифікації генів, які були інактивовані під час переходу від суші до води у лінії стовбурів китоподібних, ми використали нещодавно секвенуваний геном звичайного бегемота, напівводного ссавця, який [...] є найближчим серед живих у порівнянні з китоподібними і розглядав лише гени без виявлених інактивуючих мутацій у бегемота », - пояснюють автори дослідження.
Таким чином, команді вдалося виявити 85 "втрачених генів". Хоча попередні дослідження вже ідентифікували деякі з них, 62 (що еквівалентно 73%) були новими відкриттями.
Дослідники пояснюють, що один з інактивованих генів відіграє роль у секреції слини. Хоча слина допомагає ссавцям, що мешкають на землі, змащувати і пом'якшувати їжу, а також запускати процес травлення за допомогою певних ферментів, для водяних ссавців це стало непотрібним, оскільки вода може виконувати ці "роботи" замість цього.
Два інші гени, які «загубились», були необхідні для утворення тромбу. Однак їх інактивація, ймовірно, дозволила розвиватися іншим механізмам ущільнення ран, які були більш корисними для водних організмів.
Ще однією ключовою втратою стала втрата певних генів, що беруть участь у роботі легенів. Новий генетичний склад дозволяє легеням китоподібних руйнуватися, коли вони занурюються вглиб моря.
"Хоча колапс легенів буде серйозною клінічною проблемою для людини, він сприяє зменшенню плавучості та ризику розвитку декомпресійної хвороби у китоподібних", - пояснюють Хуельсманн та його колеги.
Виявляється, китоподібні також втратили всі гени, що дозволяють ссавцям синтезувати мелатонін - гормон, який допомагає регулювати цикли сну та неспання.
У цих ссавців, що мешкають у воді, ця втрата могла призвести до еволюції іншого типу сну, який називається однополушарним сном. У цій формі сну відпочиває лише половина мозку, тоді як інша половина залишається напоготові. Цей механізм дозволяє китоподібним випливати на поверхню або виробляти більше тепла, якщо це необхідно.
Слідчі стверджують, що всі ці пристосування могли допомогти китам, дельфінам та подібним водним ссавцям почати жити більше як риби.
"[О] урні дані свідчать про те, що втрати генів у китоподібних не лише пов'язані з водними спеціалізаціями, але могли брати участь у адаптації до повністю водного середовища", - роблять висновок дослідники.
