Меньше генов для жизни в воде

Киты и дельфины проводят всю жизнь в океане, но эти дышащие воздухом млекопитающие эволюционировали из наземных видов. Переход с суши в воду у предков современных китов и дельфинов около 50 миллионов лет назад сопровождался глубокими анатомическими, физиологическими и поведенческими адаптациями. Однако изменения в ДНК, лежащие в основе этих адаптаций, оставались плохо изученными. Чтобы выявить их, исследователи из Институтов молекулярной клеточной биологии и генетики и физики сложных систем Общества Макса Планка, а также Центра системной биологии Дрездена систематически искали гены, которые были утрачены у предка современных китов и дельфинов. Команда обнаружила 85 потерь генов, некоторые из которых, вероятно, помогли китам процветать в новой среде.

Систематический поиск утраченных генов

Изменения в геноме, сделавшие адаптации возможными, были плохо понятны. Поэтому команда исследователей во главе с Майклом Хиллером провела систематический поиск генов, утраченных в ходе эволюционного перехода. Они исследовали геномы современных китов, дельфинов и других млекопитающих на наличие мутаций, инактивирующих гены. Как объясняет ведущий автор исследования Маттиас Хюльсманн: «Мы искали мутации, которые встречаются у всех китов и дельфинов, но не у бегемота или других наземных млекопитающих. Такие общие мутации говорят нам, что соответствующий ген был утрачен у предков китов».

Результаты: 85 утраченных генов и их значение

Поиск выявил 85 потерь генов. Многие гены, вероятно, были утрачены, потому что их функция перестала быть полезной.

• Слюна стала бесполезной: Например, слюна больше не нужна для смачивания пищи в водной среде, что, вероятно, объясняет потерю гена, участвующего в секреции слюны.
• Защита от последствий ныряния: Потеря других генов могла дать преимущество. Одна обнаруженная потеря гена, вероятно, улучшает способность китов восстанавливать специфический тип повреждения ДНК, вызванный сильной нехваткой кислорода во время ныряния. Неправильный ремонт ДНК может привести к опухолям. Потеря других генов, вероятно, защищает ныряющих китов от образования тромбов и повреждения лёгких.
• Адаптация сна: Поведение также изменилось. Необходимость постоянно всплывать для дыхания привела к особому типу сна, когда одновременно спит только половина мозга. Интересно, что исследователи обнаружили, что все гены, необходимые для производства регулирующего сон гормона мелатонина, были утрачены у китов и дельфинов. Эти потери могли быть предпосылкой для такого особого сна.

Вывод: Исследование предоставляет новые доказательства того, что потеря генов в ходе эволюции иногда может быть полезной, поддерживая идею о том, что утрата генов — важный эволюционный механизм.