Учёные обнаружили генетическое сходство у видов, использующих звук для навигации

Эволюционные адаптации, такие как эхолокация, общие для неродственных видов, возникли отчасти благодаря идентичным, независимо приобретённым генетическим изменениям. К такому выводу пришли исследователи из Стэнфорда, изучив полные геномные последовательности.

Летучие мыши, питающиеся насекомыми, и зубатые киты, такие как дельфины и косатки, развили способность к эхолокации благодаря специфическим изменениям в наборе из 18 генов, участвующих в развитии кохлеарного ганглия — группы нервов, передающих звук от уха к мозгу.

Эти очень разные виды независимо эволюционировали, чтобы использовать звуковые волны для навигации, и сделали это, в частности, путём приобретения идентичных мутаций в своих геномах. Этих мутаций нет у их более близких родственников, не использующих эхолокацию, — например, у усатых китов (горбач) или крыланов (фруктовых летучих мышей).

Открытие разрешает давние биологические споры о том, прошли ли эхолоцирующие летучие мыши и киты независимо через множество схожих геномных изменений для достижения одной цели. Оно также открывает путь к пониманию молекулярной основы различных человеческих расстройств: от глухоты до кожных поражений, вызванных высоким холестерином, и горной болезни.

"Теперь мы знаем, что сходство внешних признаков часто соответствует сходству на молекулярном уровне, и многие из этих изменений происходят в кодирующей области генома", — сказал старший автор исследования Гиль Бежарано.

Анализ полных геномов

Исследователи из Стэнфорда разработали непредвзятый метод для поиска согласованных генетических изменений, общих для животных с необычными способностями или признаками. Они сравнили геномы эхолоцирующих видов с геномами их ближайших неэхолоцирующих родственников.

Учёные искали случаи, когда у видов, разделяющих уникальный признак, независимо изменились последовательности ДНК, кодирующие аминокислоты, которые у них идентичны, но отличаются от аминокислоты в этой позиции у большинства других млекопитающих.

Затем они проверили, происходят ли эти изменения в определённых группах генов (около 4000) чаще, чем можно было бы ожидать случайно.

Ключевой результат

Анализ однозначно указал на кохлеарный ганглий как на наиболее затронутую ткань у эхолоцирующих млекопитающих. В частности, было обнаружено 25 конвергентных аминокислотных замен в 18 генах, участвующих в развитии кохлеарного ганглия. Только две из этих 25 замен были идентифицированы в предыдущих исследованиях эхолокации.

"Вытащить кохлеарный ганглий — настоящий символ развития эхолокации — из шляпы, содержащей более 4000 возможных наборов генов, на основе одной только геномной последовательности, было впечатляюще", — отметил Бежарано.

Для проверки метода учёные также проанализировали геномы подземных кротов, которые потеряли зрение после тысячелетий жизни в темноте, чтобы убедиться, что инструмент не ошибочно идентифицирует случаи "деволюции" признаков.

Новый метод открывает возможности для биологов, стремящихся выявить генетическую основу других адаптивных признаков у различных животных.