Уникальные адаптации позволяют совам править ночью

Уникальный механизм упаковки ДНК может усиливать ночное зрение сов, помогая им быть единственными ночными хищными птицами.

Как единственные птицы с ночным хищным образом жизни, совы занимают уникальную нишу в птичьем царстве. Охота в темноте сопряжена с рядом проблем. Совы развили несколько черт, идеально подходящих для этой задачи, сочетая хищные признаки, такие как острое зрение и острые когти, с ночными адаптациями, включая улучшенный слух и ночное зрение. В недавней статье в Genome Biology and Evolution под названием "Genomic evidence for sensorial adaptations to a nocturnal predatory lifestyle in owls" Памела Эспиндола-Эрнандес и коллеги сообщают о результатах полногеномного сканирования, чтобы выявить генетические механизмы адаптаций сов.

Исследование не только подтвердило важную роль зрительной и слуховой систем, но и предположило существование необычной адаптации, ранее не описанной у птиц. Авторы предполагают, что отбор воздействовал на эпигенетические механизмы, чтобы упаковать ДНК в клетках сетчатки таким образом, что она действует как линза, проводящая свет, для усиления фоторецепции.

Большинство птиц ведут дневной образ жизни. Совы, принадлежащие к отряду Strigiformes, как полагают, отделились от своей сестринской группы Coraciimorphs в палеоцене. Чтобы лучше использовать ночную добычу, совы сохранили хищные черты, общие с другими хищными птицами, и одновременно развили ночные признаки.

Для выявления эволюционных сил, способствовавших этому сочетанию признаков, Эспиндола-Эрнандес и коллеги сравнили геномы 20 видов птиц, включая 11 сов, и проанализировали скорости нуклеотидных замен.

Основным выводом исследования стало то, что гены, вовлеченные в сенсорное восприятие, показали полногеномный сигнал положительного отбора. Это включало гены, связанные с акустическим и световым восприятием, фоточувствительностью, фототрансдукцией, зрением в условиях слабого освещения и развитием сетчатки и внутреннего уха. Также ускоренные темпы эволюции показали гены, связанные с циркадными ритмами и производством перьев.

Однако анализ выявил и неожиданную категорию: 32 гена, связанных с упаковкой ДНК и конденсацией хромосом, показали ускоренную скорость замен у основания линии сов. В качестве объяснения авторы указывают, что палочковые фоторецепторные клетки в сетчатке ночных мышей и приматов демонстрируют необычный радиально-инвертированный рисунок гетерохроматина и эухроматина, который действует как собирающая линза. Полученные данные могут указывать, что совы независимо эволюционировали сходный механизм упаковки ДНК в сетчатке для усиления проведения света — черта, ранее не наблюдавшаяся у птиц.

Важное ограничение работы заключается в том, что выводы зависят от точности функциональных аннотаций генов у сов. Эспиндола-Эрнандес надеется проверить существование этих светопроводящих хроматиновых структур, изучая фоторецепторные клетки совы. Она также отмечает, что исследование использует соотношение синонимичных и несинонимичных скоростей замен, подход, основанный на предположении о нейтральности синонимичных замен, что не всегда верно.