Гени пітон і кобри розповіли про еволюцію змій
Відео: Символ року привітав журналістів СПб
Зоологи давно використовують досягнення молекулярної біології в своїх цілях. Наприклад, про родинно-еволюційних зв`язках між групами тварин куди простіше судити, маючи на руках послідовність генома. Але в цьому сенсі різним тваринам везе по-разному- ось і до змій руки у вчених дійшли тільки зараз. Відразу дві великі дослідницькі групи опублікували результати аналізу всього генома королівської кобри і тигрового пітона. Ці види стали першими зміями, ДНК яких повністю секвенувати.
Зрозуміло, дослідники зайнялися цим не просто так, а щоб зрозуміти, як на генному рівні відбивається той вельми своєрідний зовнішній вигляд і спосіб життя, який ведуть ці рептилії. За допомогою генетичного аналізу можна не тільки з`ясувати, що за молекулярні механізми стоять за тією чи іншою особливістю змій, але і те, як ці істоти, як то кажуть, дійшли до такого життя, тобто які еволюційні зміни з ними відбувалися.
Тигрові пітони з`являються з яєць. (Фото Joe McDonald.)
Тодд Кестоу (Todd Castoe) з Техаського університету в Остіні (США) і його колеги займалися темним тигровим пітоном, який мешкає в Південно-Східній Азії і останнім часом став інвазивних видом в південних штатах США. Дослідники не просто прочитали його ДНК, але ще і порівняли активність пітона генів в серці, печінці, нирках і тонкому кишечнику до їжі і після - через один день і через чотири дні після частування.
У журналі PNAS зоологи повідомляють, що зміни в активності генів у пітона були напрочуд масштабними: їжа змушувала працювати інакше буквально половину генів, і зміни ці відбувалися протягом 48 годин. В результаті метаболізм пітона прискорювався в 40 разів, а його внутрішні органи (кишечник, нирки і печінку) за три дні вдвічі збільшувалися в розмірах.
Що ж до кобри, якій разом з колегами займався Ніколас Кейсвелл (Nicholas Casewell) з Бангорского університету (Великобританія), то тут вчених цікавила в першу чергу отруйність змії, її вміння створювати отруйну суміш з 73 пептидів і білків. Як пишуть автори в тому ж PNAS, у виробництві отрути у кобр задіяно 20 сімейств генів, причому, що цікаво, ті гени, які працюють в отруйних залозах, мають двійників в інших частинах тіла рептилії. В ході еволюції «отруйні» гени отримували додаткові копії, причому нерідко не одну, і ці копії могли мутувати, ще більш ускладнюючи отрута.
В ході еволюції отруйні змії змушені постійно вдосконалювати свою отруту, оскільки їхні жертви одночасно стають більш стійкими до тих токсинів, якими їх труять рептилії. Життя змії в буквальному сенсі залежить від отрути, оскільки нічого, крім нього, вона протиставити противнику не може, і зрозуміло, чому для цих цілей виділено такі масштабні генетичні ресурси.
Королівська кобра послужила науці. (Фото Dave 2x.)
Дослідники з обох груп спробували заодно порівняти між собою геноми пітона і кобри, а також зіставити результат з ДНК інших хребетних, в тому числі з ДНК єдиного отруйного виду ссавців - качкодзьоба.
Для цього у обох змій вибрали близько семи з половиною тисяч генів, присутніх в їх геномах в одній копії. Як і очікувалося, генетичні зміни в змій йшли з величезною швидкістю, що набагато перевищує показники інших тварин. Крім того, кількість генетичних модифікацій у змій теж було багато б льшім. Що зрозуміло: форма тіла, спосіб життя та інше у змій настільки незвичайні, що без масштабних генетичних змін, без найсильніших перебудов, які дозволили б пристосуватися до обраної ніші, було не обійтися.
При цьому вчені відзначають, що багато змін полягали не стільки в тому, як відбувалося управління вже існуючими генами, скільки в появі нових. Вважається, що основний молекулярний інструмент еволюції - це перенастроювання регуляції генів, внесення змін до регуляторних області, але не поява нових кодують блоків. Однак змії, мабуть, в цьому сенсі виявляються деяким винятком - через схильність їх генома множити копії генів, які в подальшому можуть змінюватися, як захочуть.
Втім, робити будь-які особливо масштабні висновки про еволюцію змій всього лише за двома геномам, напевно, рано, а тому самі дослідники пропонують дочекатися появи ще десяти зміїних геномів, які повинні бути досліджені в найближчі два роки.
