Расшифровка генома западной расписной черепахи
Учёные расшифровали геном западной расписной черепахи (Chrysemys picta bellii), одной из самых распространённых черепах на Земле, обнаружив ключи к их долголетию и способности выживать без кислорода во время длительной зимней спячки в покрытых льдом прудах.
Понимание естественных механизмов, которые черепахи используют для защиты сердца и мозга от кислородного голодания, может однажды улучшить методы лечения сердечных приступов или инсультов. Оба состояния могут привести к тяжёлой инвалидности или смерти в течение минут у пациентов, лишённых кислорода.
Исследовательская команда, включающая учёных из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университета Сент-Луиса и других институтов, опубликовала анализ в журнале Genome Biology.
Новые данные подтверждают, что скорость эволюции черепах соответствует их скорости на суше — она чрезвычайно медленная, примерно в три раза медленнее, чем у человека, и в пять раз медленнее, чем у самой быстро эволюционирующей питона.
Тело черепах, с острым клювом вместо зубов и твёрдым панцирем, практически не менялось на протяжении последних 210 миллионов лет.
"Черепахи — настоящая загадка. Они могут медленно эволюционировать, но развили ряд завидных черт: устойчивость к старению, способность размножаться в преклонном возрасте, а их тела могут замерзать, оттаивать и выживать без повреждения органов. Мы могли бы многому у них научиться", — говорит старший автор Ричард К. Уилсон, директор Института генома Вашингтонского университета.
Западная расписная черепаха — первая черепаха и лишь второе пресмыкающееся, чей геном был секвенирован. Сравнение ДНК черепахи с ДНК других животных показывает, что черепахи более близки к птицам, чем к ящерицам и змеям.
Анализ генома показал, что черепахи не полагаются на новые гены для своих уникальных физиологических адаптаций (например, устойчивости к кислородному голоданию). Вместо этого они активируют сети генов, общие для большинства позвоночных, включая человека, но используют эти гены иначе.
"Это обходной путь эволюции черепах. Вместо создания новых генов они приспособили существующие для новых целей", — говорит соавтор Патрик Минкс из Института генома.
Учёные идентифицировали 19 генов в мозге и 23 в сердце, которые активируются в условиях низкого содержания кислорода, включая ген APOLD1, экспрессия которого увеличивается почти в 130 раз. Эти гены присутствуют и у человека и могут быть важными кандидатами для изучения методов снижения повреждения тканей из-за кислородного голодания.
Расписные черепахи медленно стареют и известны долгой жизнью: половая зрелость наступает около 5 лет, а в дикой природе они могут жить 40 и более лет. Другие виды черепах достигают зрелости только к 40 годам и живут более века.
Именно длительный промежуток между поколениями лежит в основе медленной эволюции черепах: более долгая жизнь даёт меньше возможностей для эволюции.
Исследователи также выявили общие паттерны потери генов, связанные с долголетием, определением пола и отсутствием зубов у черепах, что требует дальнейшего изучения.
Один аспект эволюции черепах, который прогрессирует быстро, — это угроза их исчезновения. До половины из 330 видов черепах в мире находятся под угрозой, что делает их самой исчезающей крупной группой позвоночных. Их исчезновение отчасти связано с потреблением человеком, поощряемым необоснованными заявлениями, что поедание черепах увеличивает продолжительность жизни и лечит рак.
Хотя важную роль играет потеря среды обитания, именно популярность черепах в меню ресторанов, особенно в Азии, является основной причиной их глобального сокращения.
"Задача — сохранить богатое разнообразие черепах на Земле, пока мы продолжаем раскрывать секреты их успеха. Черепахи могут многое рассказать нам об эволюции и здоровье человека, но время уходит", — говорит первый автор Х. Брэдли Шаффер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.