Глаза китов показывают их эволюцию от жизни на суше к жизни в море
Исследователи из Университета Торонто пролили свет на эволюционный переход ранних предков китов от жизни на суше к глубоководному питанию. Их данные свидетельствуют, что у этих предков была зрительная система, способная быстро адаптироваться к темноте.
Результаты показывают, что общий предок современных китов уже был глубоководным ныряльщиком, способным видеть в синей сумеречной зоне океана. Его глаза быстро приспосабливались к тусклому свету, пока кит стремительно погружался на одном вдохе воздуха с поверхности.
«В эволюции ныряния китов давно стоял вопрос, когда развилось глубоководное питание. И, судя по нашим данным, это произошло до разделения зубатых и усатых китов. Общий предок всех ныне живущих китообразных уже был глубоководным ныряльщиком, а уже позже виды развили всё разнообразие пищевых специализаций, которые мы видим у современных китов и дельфинов», — говорит профессор Белинда Чанг.
Чанг и Сара Данган, бывший член её лаборатории, опубликовали исследование, описывающее их эксперименты, вычислительный анализ и результаты, в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Учёные изучили китовые окаменелости на молекулярном уровне, сосредоточившись на белке родопсине, который поглощает свет и посылает сигнал через сетчатку в мозг.
Данган применила надёжные модели науки о данных к белкам родопсина от различных живых китов и родственных млекопитающих. Этот компьютерный анализ выявил последовательность гена, представляющую родопсин, который был у общего предка всех современных китов. Она экспрессировала этот ген в лабораторно выращенных клетках, чтобы «воскресить» предсказанный белок и экспериментировать с очищенными образцами.
«Идея о том, что было наземное млекопитающее, похожее на меня, которое в итоге эволюционировало для жизни под водой, потрясла меня в детстве. Удивительно, что теперь мы можем получить такое представление об образе жизни давно вымершего организма, просто проводя лабораторные эксперименты над одним белком», — отмечает Сара Данган.
Биохимические свойства воскрешённого белка по сравнению с белками наземных млекопитающих поразили исследователей. Родопсин ранних китов был более чувствителен к синему свету, который проникает глубже всего в океан, в степени, превышающей ожидания. Его свойства также предполагали, что сетчатка ранних китов могла быстро реагировать на изменения уровня освещённости.
Работа показывает, что по мере того, как отдельные виды китов эволюционировали, занимая экологические ниши на разных уровнях моря, происходили дальнейшие эволюционные адаптации. Представители обеих групп либо поднимались с ранних глубоких уровней для охоты ближе к поверхности, либо специализировались, становясь ещё более экстремальными ныряльщиками.
В дальнейшем Данган и Чанг планируют воскресить белки-предшественники, которые передают световой сигнал родопсина от сетчатки к мозгу. Это даст представление о неврологических адаптациях, связанных с глубоким погружением, и о том, как животные могут адаптироваться к меняющемуся миру.