Клеточные механизмы объясняют различия в биологии зайцев и помогают понять их эволюцию

Исследователи из Университета Восточной Финляндии и Университета Тампере опубликовали в журнале Molecular Ecology комплексное исследование о значении видовых различий для ключевых механизмов поддержания жизнедеятельности клеток. В качестве модельных организмов учёные использовали зайца-русака (Lepus europaeus) и зайца-беляка (Lepus timidus).

Эволюционные линии русака и беляка разделились около трёх миллионов лет назад. Беляк эволюционировал в Берингии, а его ближайшие родственники живут в Америке и на Дальнем Востоке. Он рано пришёл в Европу и обитал там уже во время ледникового периода, сохранив обширный ареал от стран Северной Европы до Дальнего Востока России. Русак же эволюционировал на Ближнем Востоке или в Прикаспии, а его ближайшие современные родственники живут в Африке и на Ближнем Востоке.

В результате разных эволюционных траекторий беляк стал холодо- и снеголюбивым видом тайги и арктических зон, а русак — более теплолюбивым видом, адаптированным к открытым кустарниковым ландшафтам. Помимо различий в среде обитания, виды отличаются и по другим аспектам биологии.

Русаки достигают половой зрелости раньше и обладают более высокой репродуктивной способностью, чем беляки. Беляки, в свою очередь, живут дольше, имеют более высокую температуру тела и могут усваивать менее питательную пищу. Эти различия сформировались за миллионы лет естественного отбора и закрепились на геномном уровне.

Несмотря на различия, виды способны к гибридизации и производят плодовитое потомство. Авторов исследования особенно интересовало, как геномные различия трансформируются в фенотипические различия в фундаментальных клеточных функциях и могут ли эти функциональные различия объяснить наблюдаемые биологические особенности.

Изучая клеточные линии четырёх русаков и четырёх беляков, исследователи обнаружили фундаментальные различия в регуляции нескольких групп генов. Некоторые из них позволяли клеткам русака размножаться быстрее, чем клеткам беляка, что коррелирует с темпами старения и достижения зрелости у этих видов.

Разницу в скорости пролиферации клеток удалось связать с различиями в регуляции клеточного цикла. Также были обнаружены различия в энергетическом метаболизме. Вместе с регуляцией клеточного цикла это демонстрирует, как виды по-разному распределяют ресурсы на различные аспекты базовых клеточных функций. Эти же различия в распределении ресурсов, вероятно, отражаются на процессах старения и размножения у двух видов.

Исследование помогает понять:

• как геномные различия превращаются в адаптивные фенотипические различия между видами,
• как различия в жизненных стратегиях проявляются на клеточном уровне,
• как на молекулярном уровне могут формироваться видовые границы.

Некоторые наблюдения, сделанные на клетках зайцев, также актуальны для понимания гибридизации в истории человечества, процессов старения и метаболических заболеваний.

Работа также показала, что культивируемые клетки можно использовать для изучения экологических и физиологических особенностей диких животных, что снижает потребность в инвазивном отборе проб и экспериментах на животных.