Биологи выяснили, что красная кровь у позвоночных эволюционировала дважды, независимо

Исследователи из Университета Небраски-Линкольна обнаружили пример конвергентной эволюции ключевого физиологического новшества в двух самых глубоких ветвях генеалогического древа позвоночных.

Команда под руководством Джейя Шторца проанализировала полные геномные последовательности нескольких видов позвоночных. Анализ показал, что бесчелюстные рыбы (например, миноги и миксины) и челюстные позвоночные (включая человека) независимо друг от друга изобрели разные механизмы транспорта кислорода кровью для поддержания аэробного метаболизма.

Сравнительный анализ их генетических репертуаров выявил, что предки челюстных и бесчелюстных позвоночных использовали совершенно разные белки-предшественники для создания кислород-транспортирующих гемоглобинов — дыхательных белков, придающих крови красный цвет. Эти две линии разделились около 500 миллионов лет назад, в конце Кембрийского периода.

"Мы обнаружили, что схожие физиологические проблемы вызвали схожие решения в разных ветвях семейного древа позвоночных", — сказал Шторц.

Проблемой был размер. Многие мелкие животные, например насекомые, обходятся без белков для транспорта кислорода в кровообращении. Однако пассивная диффузия кислорода накладывает верхний предел на размер тела. Эволюция гемоглобинов как транспортных белков полмиллиарда лет назад открыла новые возможности для развития аэробного метаболизма и способствовала увеличению размера тела и внутренней сложности животных.

"Кислород-транспортирующие гемоглобины, независимо изобретенные челюстными и бесчелюстными позвоночными, функционально весьма схожи, но многочисленные структурные детали выдают их независимое происхождение", — отметил Шторц.

Открытие демонстрирует способность естественного отбора находить схожие дизайнерские решения, используя разные исходные материалы.

Результаты исследования были опубликованы в онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 26–30 июля.