Эволюция морских млекопитающих к жизни в воде проявляется в конвергенции некоторых генов

Переход китов, дельфинов, ламантинов и моржей с суши в воду стал возможен благодаря ряду физических адаптаций: конечностям, приспособленным для плавания, менее плотным костям для плавучести и большому запасу кислорода относительно размера тела. Однако эти животные совершили этот переход миллионы лет друг от друга.

В отчёте, опубликованном в журнале Nature Genetics, международный консорциум исследователей, включая учёных из Медицинского колледжа Бейлора, проанализировал геномы этих четырёх морских млекопитающих и сравнил их с геномами их ближайших наземных родственников. Геномы кита и дельфина сравнили с геномом коровы, моржа — с собакой, а ламантина — со слоном.

Центр секвенирования генома человека в Бейлоре провёл секвенирование генома косатки, дельфина и моржа, а Институт Броуда в Кембридже (Массачусетс) — генома ламантина. Переход с суши в воду произошёл в подгруппах Cetariodactyla (включает китов, дельфинов и коров), Carnivora (включает моржей и собак) и Afrotheria (включает ламантинов и слонов).

Морские млекопитающие обладают сходными чертами, необходимыми для жизни в морской среде, но развили их независимо — в процессе конвергентной эволюции.

В ходе работы учёные обнаружили 191 ген, вероятно связанный с переходом из воды на сушу и находившийся под давлением отбора у всех четырёх видов. Восемь из этих генов претерпели идентичные изменения в разных линиях. Ещё семь генов также изменились одинаково, но, предположительно, были задействованы в переходе только у пары видов.

Сравнение геномов выявило «параллельные молекулярные изменения в генах, эволюционирующих под действием положительного отбора и предположительно связанных с независимо развившейся, адаптивной фенотипической конвергенцией». Также была обнаружена широко распространённая молекулярная конвергенция у наземных животных.

«Наши данные указывают, что хотя конвергентная фенотипическая эволюция может быть результатом конвергентной молекулярной эволюции, такие случаи редки. Эволюция чаще использует разные молекулярные пути для достижения одного и того же фенотипического результата».

Были обнаружены гены, находившиеся под положительным отбором у всех линий, а также параллельные несинонимичные замены в кодирующих генах, произошедшие в одном и том же сайте аминокислоты более чем в одной линии. Схожая картина наблюдалась и у наземных животных.