Кажани та дельфіни еволюціонували ехолокацію таким же чином

Елізабет Пеннісі, 4 вересня 2013 р., 13:00

Дельфіни та кажани не мають багато спільного, але вони поділяють наддержаву: обидва полюють на здобич, видаючи високі звуки та прислухаючись до відлуння. Тепер дослідження показує, що ця здатність виникла незалежно у кожної групи ссавців через однакові генетичні мутації. Робота припускає, що еволюція іноді приходить до нових рис за однаковою послідовністю етапів, навіть у дуже різних тварин. Дослідження також передбачає, що ця конвергентна еволюція є загальною і прихованою в геномах, що потенційно ускладнює завдання розшифровки деяких еволюційних взаємозв’язків між організмами.

Природа повна прикладів конвергентної еволюції, коли дуже віддалені організми закінчуються схожими або мають схожі навички та риси: у птахів, кажанів та комах, наприклад, є крила. Біологи припустили, що ці новинки були розроблені на генетичному рівні принципово різними способами. Це також стосувалося двох видів кажанів та зубчастих китів, групи, що включає дельфінів та певних китів, які сходяться на спеціалізованій стратегії полювання, яка називається ехолокація. До недавнього часу біологи вважали, що різні гени керують кожним випадком ехолокації і що відповідні білки можуть незліченними способами змінюватись, щоб набувати нових функцій.

Але в 2010 році Стівен Россітер, еволюційний біолог з Лондонського університету ім. Королеви Мері, та його колеги встановили, що обидва типи ехолокуючих кажанів, як і дельфіни, мають однакові мутації в конкретному білку, який називається престин, що впливає на чутливість слуху. Дивлячись на інші гени, про які відомо, що вони беруть участь у слуху, вони та інші дослідники виявили кілька інших, чиї білки аналогічним чином змінювались у цих ссавців.

Тепер команда Россітера розширила пошук цієї так званої молекулярної конвергенції на весь геном. Вони секвенували геноми чотирьох видів з різних гілок генеалогічного дерева кажанів, двох, які використовують ехолокацію, і двох, які цього не роблять. Вони додали в існуючі послідовності геномів велику літаючу лисицю та маленького коричневого кажана, ще один ехолокатор. Еволюційний біолог Джо Паркер, також із Королеви Мері, Лондонський університет, порівняв генетичні послідовності кажанів з послідовностями більш ніж з десятка інших ссавців, включаючи афаліну. Він зосередився на 2300 генах, які існують в одиничних копіях у всіх кажанів, дельфінів та принаймні п'яти інших ссавців. Він оцінив, наскільки кожен ген подібний до своїх колег у різних кажанів та дельфінів. Аналіз показав, що 200 генів самостійно змінилися однаковими способами, повідомляють сьогодні Паркер, Россітер та їх колеги в Nature. Деякі гени беруть участь у слуху, але інші поки не мають чіткого зв'язку з ехолокацією; деякі гени зі спільними змінами важливі для зору, але більшість із них мають невідомі функції.

«Найбільшим сюрпризом, - каже Фредерік Делсук, молекулярний філогенетик з Французького університету Монпельє, - є, мабуть, ступінь поширення конвергентної молекулярної еволюції в геномі».

Геномік Тод Касто з Техаського університету в Арлінгтоні також вражений: "Я впевнений, що вони знаходять щось справжнє, і це дійсно захоплююче [і] досить важливо". Однак він критично оцінює спосіб проведення аналізу, припускаючи, що підхід знайшов лише опосередковані докази молекулярної конвергенції.

Відкриття того, що молекулярна конвергенція може бути широко розповсюдженим у геномі, є "гірким солодким", - додає Касто. - Біологи, що будують сімейні дерева, ймовірно вводяться в оману, припускаючи, що деякі організми тісно пов'язані між собою, оскільки гени та білки схожі завдяки конвергенції, а не тому, що організми у недавнього спільного предка. Жодне сімейне дерево не є цілком захищеним від цих оманливих наслідків, - говорить Касто.

Елізабет Пеннісі

Ліз є старшим кореспондентом, що висвітлює багато аспектів біології для науки.