Нове дослідження показує, як ссавці еволюціонували до планерування

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».