Було ідентифіковано важливий ген, який пояснює неодноразову появу здатності до планування протягом еволюції сумчастих. Люди кажуть «Коли свині летять», щоб описати неможливе. Але навіть якщо більшість ссавців є сухопутними, здатність до ковзання або польоту розвивалася знову і знову в ході еволюції ссавців у різних видів від кажанів до білок-летяг.
Як це сталося? У дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Nature, група дослідників під керівництвом Прінстонського університету та медичного коледжу Бейлора пояснює геномну основу та основу розвитку патагіуму, тонкої шкірної мембрани, яка дозволяє деяким видам ссавців парити в повітрі.
«Ми не зовсім розуміємо, як виникають нові риси та адаптації з молекулярної та генетичного погляду. Ми хотіли дослідити, як виникає еволюційна новизна», — сказав співавтор доктор Рікардо Малларіно, доцент кафедри молекулярної біології в Прінстоні.
Щоб краще зрозуміти еволюцію патагіума, команда зосередилася на сумчастих. Це пов’язано з тим, що здатність до ковзання неодноразово розвивалася, використовуючи подібні анатомічні зміни, у близькоспоріднених сумчастих, як-от цукровий планер – крихітного сумчастого, достатньо маленького, щоб поміститися у вашій кишені, і популярного як екзотична домашня тварина.
Генетичний погляд на планеризм
Команда Бейлора очолила секвенування генома 15 видів сумчастих, визначаючи послідовності ДНК обох плануючих видів і їхніх неплануючих родичів. Порівняння цих послідовностей виявило прискорену еволюцію поблизу гена під назвою Emx2.
«Що цікаво, так це те, що сама послідовність гена, здається, не є місцем, де відбуваються найважливіші зміни. Натомість ключові зміни відбуваються в коротких послідовностях ДНК, які називаються «підсилювачами», які знаходяться поруч у геномі. Саме ці мінливі підсилювачі змінюють те, як і де в організмі активний Emx2, і це стимулює еволюцію ковзання», – сказав співавтор доктор Ерез Ліберман Ейден, професор молекулярної генетики та генетики людини та директор Центру архітектури геному у Бейлорі.
Еволюційні механізми та експериментальні підходи
«Розуміння основних змін, які відбуваються на геномному рівні, що породжує ці конвергентні риси, є важливим, оскільки це може сказати нам, чи йде еволюція шляхом найменшого опору. У вас може бути той самий результат, але різні шляхи, щоб досягти цього», – сказав перший автор Хорхе Морено, аспірант лабораторії Малларіно.
Потім дослідники хотіли перевірити ці ідеї. Для цього вони використали одну з найбільш унікальних характеристик сумчастих тварин – їхню сумку. «Сумчасті джуї народжуються на набагато більш ранній стадії розвитку, ніж звичайні ссавці», — сказала один з авторів, доктор Ольга Дудченко, доцент кафедри молекулярної генетики та генетики людини в Бейлорі та дослідник Центру теоретичної біологічної фізики Університету Райса. «Замість того, щоб продовжувати розвиток в утробі матері, вони заповзають в її сумку і залишаються там, поки не будуть готові самостійно боротися зі світом. Той факт, що вони знаходяться прямо тут, у сумці, значно полегшує вивчення того, як окремі гени, наприклад Emx2, впливають на розвиток сумчастих».
Дослідники показали, що Emx2 дає початок сумчастому патагіуму за допомогою генетичної програми, яка, ймовірно, існує у всіх ссавців. Наприклад, Emx2 активний у шкірі на боках мишей і цукрових планерів, але в цукрових планерах він експресується набагато довше. Як зазначає Дудченко з Центру архітектури геному в Бейлорі, «шляхом модифікації цих критичних енхансерів Emx2 один вид за іншим використовував цю універсальну програму, щоб розвинути здатність ковзати».