Потеря генов может оказаться преимуществом

В ходе эволюции гены могут создаваться, мутировать, дублироваться и даже теряться. Чтобы исследовать, в какой степени потеря генов может способствовать различным адаптациям, учёные из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка в Дрездене разработали вычислительный метод для идентификации потерь генов и систематически проанализировали геномы 62 млекопитающих. Их результаты выявили ряд ранее неизвестных потерь генов, которые могли произойти как следствие уже существующей адаптации или, что более интересно, сыграть прямую роль в эволюции новой адаптации.

Потеря генов часто вредна для организма и связана с пороками развития или болезнями. Однако, как ни парадоксально, потеря генов также может быть полезной, например, когда она способствует адаптации к специфическим условиям окружающей среды или новому образу жизни.

Среди множества случаев, которые исследователи под руководством Майкла Хиллера (также связанного с Институтом физики сложных систем Общества Макса Планка и Центром системной биологии Дрездена) проанализировали в этом исследовании, — потеря волос или меха у дельфинов и китов. Для видов, живущих полностью в воде, волосы больше не выполняют изолирующую функцию, а их наличие замедляло бы плавание. Таким образом, потеря волос является преимуществом для дельфинов и китов. Вираг Шарма, ведущий автор исследования, говорит: «Мы показываем, что эти полностью водные животные потеряли несколько генов, необходимых для формирования волос».

Исследование также помогло раскрыть, как летучие мыши, питающиеся исключительно фруктовым соком, адаптировались к диете, которая в основном обеспечивает большое количество сахара. Регуляция усвоения и переработки пищевого сахара — задача гормона инсулина. Удивительно, но исследователи обнаружили, что у этих фруктоядных летучих мышей отсутствуют гены, которые подавляют секрецию инсулина и его действие. Это позволяет предположить, что потеря этих генов устраняет эти сдерживающие факторы для эффективной переработки сахара, что было бы полезно для видов, потребляющих богатую сахаром диету.

Избыточный ген репарации ДНК

Интересно, что учёные также смогли показать, что далёкие родственные виды, имеющие одинаковую адаптацию, потеряли одни и те же гены. Один из примеров — ген, который отсутствует только у млекопитающих, обладающих броней в виде чешуи, таких как панголин и броненосец. Этот ген важен для восстановления повреждений ДНК, вызванных УФ-излучением, что позволяет предположить, что чешуя достаточно хорошо защищает кожу этих бронированных животных от УФ-света, так что этим млекопитающим больше не нужен этот ген репарации ДНК.

Майкл Хиллер, руководивший исследованием, резюмирует: «Наши результаты предоставляют масштабные доказательства эволюционного потенциала потери генов. В эволюции потеря генов может быть не только вредной, но и фактически полезной в особых обстоятельствах. Геномы многочисленных видов секвенируются быстрыми темпами, что поможет в дальнейшем изучить вклад потери генов в эволюцию характеристик животных».