Сходные гены дельфинов и летучих мышей: генетическая основа конвергентной эволюции?
Летучие мыши и дельфины живут в абсолютной разной среде, но в ходе эволюции они научились эхолокации, и умение это отразилось на генетическом уровне – сходным образом! Когда представители различных видов начинают вести похожий образ жизни, у них появляются близкие черты и свойства– этот феномен называют конвергентной эволюцией. К примеру, дельфины, акулы и вымершие ихтиозавры далеко не родственники: дельфины относятся к млекопитающим, акулы – к рыбам, а ихтиозавры – к рептилиям. Но все эти существа приняли чрезвычайно сходные параметры тела, помогающие быстро плавать: обтекаемую форму, стабилизирующие спинные плавники и хвосты в виде полумесяца. Все эти приспособления облегчают скоростное плавание на длинные дистанции.
Недавно ученые выяснили, что конвергентная эволюция происходит не только на физическом уровне, но и на генетическом. Чтобы уточнить масштаб этого явления, они проанализировали гены животных, освоивших эхолокацию независимо друг от друга.
Эхолокация позволяет животным слышать эхо собственных звуков и по нему (выражаясь точнее, по отражению звуков от естественных преград) ориентироваться в пространстве, уклоняться от препятствий и находить добычу.
Ученые проанализировали более 2300 генов 22 видов млекопитающих, в том числе дельфинов-афалин, четыре вида летучих мышей, способных к эхолокации (в том числе индийского ложного вампира и американского усатого голоспина) и два – неспособных (гигантской летучей лисицы и пальмового крылана).
Генетические «знаки» конвергентности были найдены примерно в 200 участках генома. Немало этих генов связаны со слухом (или глухотой). У видов, лишенных «эхолокаторов», нет и этих сходных генов.
«Мы ожидали найти сходства не более чем 10-30 генов, прежде всего относящихся к слуху. Но мы нашли в несколько раз больше», - рассказывает один из авторов исследования Джо Паркер (Joe Parker), биолог из Университета Квин-Мэри (Лондон).
Сюрпризом для исследователей также стала конвергенция многих генов, отвечающих за зрение. В этом есть своя логика – ведь дельфины и летучие мыши ведут активный образ жизни при слабом освещении.
«Естественный отбор может быть очень мощной силой, меняющей гены, и результаты одного процесса могут быть очень похожи, даже у неродственных организмов», - заявил Паркер.
Будущие исследования могли бы рассмотреть генетическую основу других конвергентных свойств – специализированных типов пищеварения, социального поведения и – самое соблазнительное! – умственной деятельности.
Данное исследование опирается на огромный массив данных и было бы невозможным, если бы десятки геномов млекопитающих не были уже расшифрованы. Кроме того, ученые воспользовались GridPP High Throughput Cluster – мощным гридом (средой распределенных вычислений), которая обычно «перемалывает» данные с Большого адронного коллайдера. Грид позволил биологам провести сравнительный анализ геномов и выявить сходства всего за месяц. Стандартному компьютеру на это понадобились бы годы, говорит Паркер.
Но авторы статьи предупреждают: чтобы выяснить, какие именно гены (из совпавших) управляют эхолокацией, и как они это делают, потребуется более подробный анализ.
Данные исследования были представлены в журнале Nature.
По материалам Live Science и Nature.com.
Артём Космарский nauka21vek.ru