Как киты и дельфины эволюционировали для жизни в море
Новое исследование показывает, что геномы китообразных, в том числе дельфинов и китов, претерпели важные изменения, что позволило этим животным перейти из наземной среды в водную.
Хотя китообразные, такие как дельфины и киты, выглядят как рыбы и, как и рыбы, живут в водной среде, на самом деле они являются водными млекопитающими.
Поэтому они во многих отношениях ближе к наземным позвоночным, которые рождают живых детенышей, а затем кормят их грудью.
Исследователи теперь знают, что китообразные произошли от наземных предков около 52,5 миллиона лет назад, перейдя к жизни в море.
К этому радикальному изменению эта группа млекопитающих медленно адаптировалась с течением времени, развивая различные биологические особенности, соответствующие требованиям подводной жизни.
В то время как некоторые из них - включая плавники, ласты и аквадинамическую форму тела - легко заметны, другие адаптации более тонкие, но не менее важные.
Теперь исследование двух институтов Макса Планка в Дрездене, Германия, Калифорнийского университета в Риверсайде и Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, показывает, как генетический состав китообразных эволюционировал, чтобы позволить им жить в океане. .
В исследовательской статье, опубликованной в журнале Достижения наукиАвторы объясняют, что этот переход был частично возможен, потому что определенные гены стали неактивными у дельфинов, китов и других китообразных за тысячелетия.
85 «потерянных генов», возможно, облегчили жизнь на море
Ведущий автор Маттиас Хуэльсманн и его коллеги были заинтересованы в лучшем понимании того, как геномы китообразных адаптировались, чтобы позволить им жить под водой.
Для этого они «прочесали» 19 769 генов у 62 различных видов млекопитающих, включая, как они объясняют в своей исследовательской статье, «четырех китообразных, двух ластоногих [кладу, которая включает тюленей и моржей], ламантина и 55 наземных млекопитающих. »- поиск генов, которые стали неактивными после того, как китообразные произошли от своих наземных предков.
«Чтобы точно идентифицировать гены, которые были инактивированы во время перехода от суши к воде в стволовой линии китообразных, мы использовали недавно секвенированный геном обыкновенного бегемота, полуводного млекопитающего, которое [...] является ближайшим живым родственником китообразных. и рассматривали только гены без обнаруженных инактивирующих мутаций у бегемота », - поясняют авторы исследования.
Таким образом, команде удалось выявить 85 «потерянных генов». Хотя предыдущие исследования уже выявили некоторые из них, 62 (что эквивалентно 73%) были новыми открытиями.
Исследователи объясняют, что один из инактивированных генов играет роль в секреции слюны. Хотя слюна помогает наземным млекопитающим смазывать и смягчать пищу, а также запускать пищеварительный процесс с помощью определенных ферментов, она стала ненужной для водных млекопитающих, потому что вода может выполнять эту «работу».
Два других гена, которые стали «потерянными», были необходимы для образования тромба. Однако их инактивация, вероятно, позволила другим механизмам запечатывания ран, которые были более полезны для развития водных организмов.
Еще одна важная потеря была потеряна некоторыми генами, участвующими в функции легких. Новая генетическая структура позволяет легким китообразных разрушаться, когда они ныряют глубоко в море.
«Хотя коллапс легких представляет серьезную клиническую проблему для людей, он служит для снижения плавучести и риска развития декомпрессионной болезни у китообразных», - объясняют Хуэльсманн и его коллеги.
Оказывается, китообразные также потеряли все гены, которые позволяют млекопитающим синтезировать мелатонин, гормон, который помогает регулировать циклы сна и бодрствования.
У этих обитающих в воде млекопитающих эта потеря, возможно, привела к развитию другого типа сна, называемого однополушарным сном. В этой форме сна отдыхает только половина мозга, а другая половина остается бдительной. Этот механизм позволяет китообразным выплывать на поверхность или при необходимости выделять больше тепла.
Исследователи утверждают, что все эти приспособления, возможно, помогли китам, дельфинам и другим подобным водным млекопитающим стать больше похожими на рыб.
«Наши результаты предполагают, что потеря генов у китообразных не только связана с водной специализацией, но и могла быть связана с адаптацией к полностью водной среде», - заключают исследователи.
