Общая эволюция тасманийского тигра и волка

Тасманийский тигр, или тилацин, был одним из самых загадочных аборигенных видов Австралии. Это был крупнейший сумчатый хищник, доживший до прибытия европейцев, но своих детенышей он вынашивал в сумке, как кенгуру или коала.

Новое исследование под руководством профессора Эндрю Паска и автора из Мельбурнского университета, опубликованное в журнале Genome Research, впервые позволило ответить на вопрос о сходстве, сравнив полные последовательности ДНК тилацина и волка. Оно подтверждает, что сходство между ними не только внешнее.

Тилацин и плацентарные псовые, такие как волки, собаки и лисы, — возможно, самый яркий пример конвергентной эволюции. Несмотря на то, что их последний общий предок жил как минимум 160 миллионов лет назад, эти хищники высшего порядка имели почти идентичную форму черепа со сходными биомеханическими свойствами.

В 2018 году команда впервые секвенировала ДНК тилацина из детеныша (образец C5757) и собрала черновой вариант генома. Однако анализ генов тогда показал мало свидетельств молекулярного сходства или схожего давления естественного отбора.

Теперь, проанализировав скорость эволюции в геномах 61 вида позвоночных, исследование обнаружило сотни некодирующих элементов ДНК у тилацина и волка. Эти элементы, названные «TWARs» (thylacine-wolf accelerated regions), демонстрируют признаки действия естественного отбора у обоих видов, но находятся за пределами кодирующих белки регионов генома.

TWARs были особенно обильны рядом с генами, участвующими в развитии костей, хрящей и мышц лицевой области. Это говорит о том, что естественный отбор действовал очень похожим образом у обоих видов, формируя их общую структуру лица, изменяя одни и те лежащие в основе процессы развития.

Эти данные поддерживают одну из сторон давних дебатов в области эволюционной биологии развития (Evo-Devo) о важности кодирующих белки генов и некодирующих регуляторных элементов в эволюции. Парадоксально, но тот факт, что гены выполняют столь важную работу, может ограничивать их роль в адаптации. Мутация в гене может нанести побочный ущерб по всему организму.

В отличие от них, некодирующие регуляторные элементы обычно контролируют активность гена только в одной или нескольких областях тела, что делает их более устойчивыми к мутациям. Это уникальное молекулярное свойство дает регуляторным регионам большую эволюционную «гибкость». Так называемая «мусорная ДНК» может быть основным двигателем разнообразия животных и ключом к пониманию конвергентной эволюции тилацина и волка.

Неожиданно в ходе работы команда также обнаружила, что тилацин и волк демонстрируют признаки конвергенции в регуляторных элементах генов мозга. Это ошеломляющее открытие, учитывая серьезные структурные различия в мозге сумчатых и плацентарных. Эти признаки конвергентной эволюции представляют интригующую возможность, что эти дальние родственники могли иметь больше общего, чем просто внешность.