Проблема высокого роста: жирафы и их гены
Жираф — животное с исключительной анатомией и набором эволюционных адаптаций. Международная команда исследователей из Копенгагенского университета и Северо-Западного политехнического университета в Китае создала высококачественный геном жирафа и изучила, какие гены, вероятно, ответственны за его уникальные биологические особенности.
Выдающийся рост жирафа привел к множеству физиологических со-адаптаций. Например, кровяное давление жирафа вдвое выше, чем у человека и большинства других млекопитающих, чтобы обеспечить стабильное кровоснабжение высоко расположенной головы.
Команда обнаружила специфический ген — FGFRL1 — который у жирафа претерпел множество изменений по сравнению со всеми другими животными. Используя сложные методы редактирования генов, они ввели характерные для жирафа мутации FGFRL1 в лабораторных мышей. Мыши «жирафового типа» отличались от обычных мышей двумя важными аспектами: они меньше страдали от сердечно-сосудистых повреждений и повреждений органов при лечении препаратом, повышающим кровяное давление, а также у них формировались более компактные и плотные кости.
«Оба этих изменения напрямую связаны с уникальными физиологическими особенностями жирафа — способностью справляться с высоким кровяным давлением и поддерживать компактные и крепкие кости, несмотря на то, что они растут быстрее, чем у любого другого млекопитающего, формируя удлинённую шею и ноги», — говорит Расмус Хеллер из Копенгагенского университета.
Жирафы не могут выспаться
Жирафы эволюционировали, проводя во сне гораздо меньше времени, чем большинство других млекопитающих.
Расмус Хеллер поясняет: «Мы обнаружили, что ключевые гены, регулирующие циркадный ритм и сон, находились под сильным отбором у жирафов, возможно, позволяя им иметь более прерывистый цикл сна-бодрствования».
В соответствии с исследованиями других животных, эволюционный компромисс, по-видимому, определяет и их сенсорное восприятие: «Жирафы в целом очень бдительны и используют своё преимущество в высоте, чтобы сканировать горизонт, используя превосходное зрение. И наоборот, они утратили многие гены, связанные с обонянием, что, вероятно, связано с радикально разбавленным присутствием запахов на высоте 5 метров по сравнению с уровнем земли».
Модель эволюционных механизмов и, возможно, даже человеческой медицины?
Эти результаты дают представление об основных моделях эволюции. Двойные эффекты сильно отобранного гена FGFRL1 совместимы с явлением, когда один ген может влиять на несколько различных аспектов фенотипа — так называемой эволюционной плейотропии. Плейотропия особенно важна для объяснения необычно больших фенотипических изменений, поскольку такие изменения часто требуют, чтобы комплекс признаков изменился за короткое эволюционное время. Таким образом, плейотропия может дать одно из решений загадки о том, как эволюция могла достичь многих взаимозависимых изменений, необходимых для формирования такого экстремального животного, как жираф. Более того, результаты даже идентифицируют FGFRL1 как возможную мишень для исследований сердечно-сосудистых заболеваний у человека.
«Эти результаты демонстрируют, что животные представляют собой интересные модели не только для понимания основных принципов эволюции, но и для того, чтобы помочь нам понять, какие гены влияют на некоторые фенотипы, которые нас действительно интересуют, — например, связанные с болезнями. Однако стоит отметить, что генетические варианты не обязательно оказывают одинаковое фенотипическое действие у разных видов и что на фенотипы влияет множество других факторов, помимо вариаций в кодирующих областях», — говорит Цян Цю из Северо-Западного политехнического университета.
Результаты только что опубликованы в научном журнале Science Advances.