291
Zidentyfikowano ważny gen, który wyjaśnia powtarzające się pojawianie się zdolności planowania podczas ewolucji torbaczy. Ludzie mówią: „Kiedy latają świnie”, aby opisać niemożliwe. Mimo że większość ssaków to zwierzęta lądowe, zdolność do szybowania i latania ewoluowała w toku ewolucji ssaków, począwszy od nietoperzy po latające wiewiórki.
Jak to się stało? W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Naturazespół naukowców pod kierownictwem Uniwersytetu Princeton i Baylor College of Medicine wyjaśnia genomiczne i rozwojowe podstawy patagium, cienkiej błony skórnej, która umożliwia niektórym gatunkom ssaków wznoszenie się w powietrze.
„Nie do końca rozumiemy, w jaki sposób z molekularnego i genetycznego punktu widzenia powstają nowe cechy i adaptacje. Chcieliśmy zbadać, w jaki sposób pojawia się ewolucyjna nowość” – powiedział współautor dr Ricardo Mallarino, profesor biologii molekularnej w Princeton.
Aby lepiej zrozumieć ewolucję patagium, zespół skupił się na torbaczach. Dzieje się tak dlatego, że zdolność szybowania wielokrotnie ewoluowała w wyniku podobnych zmian anatomicznych u blisko spokrewnionych torbaczy, takich jak szybowiec cukrowy – malutki torbacz, wystarczająco mały, aby zmieścić się w kieszeni i popularny jako egzotyczne zwierzę domowe.
Genetyczne spojrzenie na szybownictwo
Zespół Baylora przeprowadził sekwencjonowanie genomu 15 gatunków torbaczy, określając sekwencje DNA zarówno gatunków latających, jak i ich nielatających krewnych. Porównanie tych sekwencji ujawniło przyspieszoną ewolucję w pobliżu genu zwanego Emx2.
„Co ciekawe, wydaje się, że sama sekwencja genów nie jest miejscem, w którym zachodzą najważniejsze zmiany. Zamiast tego kluczowe zmiany zachodzą w krótkich sekwencjach DNA zwanych „wzmacniaczami”, które są blisko siebie w genomie. To właśnie te zmienne wzmacniacze zmieniają sposób i miejsce aktywności Emx2 w organizmie, co napędza ewolucję poślizgu” – powiedział współautor dr Erez Lieberman Aiden, profesor genetyki molekularnej i ludzkiej oraz dyrektor Centrum Architektury Genomu w Baylor.
Mechanizmy ewolucyjne i podejścia eksperymentalne
„Zrozumienie podstawowych zmian zachodzących na poziomie genomu, które powodują te zbieżne cechy, jest ważne, ponieważ może nam powiedzieć, czy ewolucja podąża ścieżką najmniejszego oporu. Można uzyskać ten sam wynik, ale można do niego dojść różnymi drogami” – powiedział pierwszy autor Jorge Moreno, absolwent w laboratorium Mallarino.
Następnie badacze chcieli przetestować te pomysły. Aby to zrobić, wykorzystali jedną z najbardziej unikalnych cech torbaczy – ich torbę. „Torbacze rodzą się na znacznie wcześniejszym etapie rozwoju niż normalne ssaki” – stwierdziła jedna z autorów, dr Olga Dudchenko, profesor nadzwyczajny genetyki molekularnej i człowieka w Baylor oraz badaczka w Centrum Teoretycznej Fizyki Biologicznej Uniwersytetu Rice. „Zamiast rozwijać się w łonie matki, wpełzają do jej torby i pozostają tam, dopóki nie będą gotowe na samodzielne podbijanie świata. Fakt, że znajdują się one tutaj, w torbie, znacznie ułatwia badanie wpływu poszczególnych genów, takich jak Emx2, na rozwój torbaczy”.
Naukowcy wykazali, że Emx2 inicjuje patagium torbacza poprzez program genetyczny, który prawdopodobnie występuje u wszystkich ssaków. Na przykład Emx2 jest aktywny w skórze bocznej myszy i szybowców cukrowych, ale ulega ekspresji znacznie dłużej w szybowcach cukrowych. Jak zauważa Dudchenko z Centrum Architektury Genomu w Baylor, „modyfikując te krytyczne wzmacniacze Emx2, jeden gatunek po drugim wykorzystywał ten uniwersalny program do ewolucji zdolności do szybowania”.
