Учёные нашли первые молекулярные ключи к адаптации гелад к высокогорью

Гелады — единственные приматы, занявшие высокогорную нишу на Эфиопском нагорье (6000–14000 футов над уровнем моря), где они питаются травами. Учёные из Университета штата Аризона под руководством профессора Ноя Снайдера-Маклера и постдока Кеннета Чиу исследовали, как эти обезьяны адаптировались к жизни в разреженном воздухе.

Поиск адаптации в геноме

Команда собрала первый референсный геном гелады от дикой взрослой самки из гор Симиен (Эфиопия) и проанализировала данные от диких популяций.

• Гемоглобин: Исследователи обнаружили две уникальные для гелад аминокислотные замены в альфа-цепи взрослого гемоглобина (позиции 12 и 23), присутствующие у всех 70 изученных особей. Однако лабораторные тесты показали, что сродство гемоглобина гелад к кислороду (P₅₀) не отличается от человеческого или бабуиного. Концентрация гемоглобина в крови диких гелад также не была повышена по сравнению с людьми, бабуинами или геладами в зоопарках на уровне моря.
• Ёмкость лёгких: Анализ показал, что у высокогорных гелад значительно увеличен относительный обхват груди по сравнению с бабуинами, что потенциально указывает на большую площадь лёгких для диффузии кислорода. Пока неясно, является ли это генетической адаптацией или развивающимся ответом на среду.
• Генетический отбор: Среди более 20 000 белок-кодирующих генов было выявлено 103 гена с признаками положительного отбора у гелад. В их числе четыре гена, связанных с гипоксическим путём (ITGA2, NOTCH4, FERMT1, MLPH), а также гены, ранее отмеченные у адаптированных к высоте людей: FRAS1 (тибетцы, эфиопы), HMBS (шерпы) и TNRC18 (баджау). Однако в целом набор генов у гелад сильно отличался от такового у высокогорных человеческих популяций, что указывает на иные молекулярные решения одной и той же проблемы.

Последствия для сохранения вида

Секвенирование полных геномов 70 диких и содержащихся в неволе гелад, а также 20 бабуинов-гамадрилов, выявило важные демографические данные.

• Образцы гелад чётко разделились на две популяции (подвида): северную (горы Симиен) и центральную (заповедник Гуасса и зоопарки). Генетические данные свидетельствуют, что эти популяции не скрещивались и были разделены около 500 тысяч лет.
• В северной популяции обнаружена уникальная и, вероятно, закрепившаяся хромосомная перестройка — деление хромосомы (фиссия), которая, предположительно, возникла после разделения популяций.
• Поскольку хромосомные перестройки часто связаны с бесплодием гибридов (как у мулов), это открытие позволяет предположить, что гелады могут включать как минимум два различных биологических вида. Это удваивает актуальность задач по сохранению и даёт уникальный шанс изучить эволюцию хромосом у приматов.

Выводы и перспективы

Исследование выявило комплекс возможных адаптаций гелад к высокогорью: изменения в генах, связанных с гипоксией, и признаки увеличенного объёма лёгких. Собранный геном открывает новые пути для изучения механизмов адаптации к экстремальным условиям, что может помочь в исследовании и лечении гипоксических состояний у человека.

Работа, выполненная усилиями более 30 институтов, опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.