Международный консорциум экспертов во главе с профессором Крисом Амемией от Научно-исследовательского института Benaroya в Вирджинии Мэйсон и Вашингтонского университета расшифровал геном африканского целаканта, Latimeria chalumnae.Африканский целакант, Latimeria chalumnae (Ханс Фрик / Институт Макса-Планка)
Жилье морской пещеры, рыба пять футов длиной с подобными конечности плавниками, целаканта были когда-то известны только от окаменелостей и, как думали, вымер приблизительно 65 миллионов лет назад.Первый живущий целакант был обнаружен от африканского побережья в 1938, и с тех пор, вопросы об этих выглядящих древним образом рыбах выглядели угрожающими.Целаканты сегодня тесно напоминают фоссилизируемые скелеты своих предков на больше чем 300 миллионов лет.
Его геном подтверждает то, что долго подозревали многие исследователи: гены у целакантов развиваются более медленно, чем в других организмах.“Мы нашли, что гены в целом развиваются значительно медленнее, чем у любой рыбы и ловят позвоночное животное, на которое мы смотрели. Это – первый раз, когда у нас был достаточно большой генный набор, чтобы действительно видеть это”, сказала доктор Джессика Алфолди от Широкого Института, соавтор работы, опубликованной по своей природе.
Исследователи выдвигают гипотезу, что этот медленный уровень изменения может быть то, потому что целаканты просто не должны были изменяться: они живут, прежде всего, прочь Восточного африканского побережья (второй вид целакантов живет недалеко от берегов Индонезии), на океанских глубинах, где относительно мало изменилось за тысячелетия.Из-за их подобия окаменелостям, датирующимся миллионы лет, целаканты сегодня часто упоминаются как ‘живущие окаменелости’. Но целакант не пережиток приведенного в чувство прошлого: это – разновидность, которая пережила, воспроизвела, но изменилась очень мало по внешности в течение миллионов лет.
Геном целаканта также позволил ученым проверять другие долго обсужденные вопросы. Например, целаканты обладают некоторыми особенностями, которые выглядят странно подобными замеченным только у животных, которые останавливаются на земле, включая ‘высоко подброшенные’ плавники, которые напоминают конечности четырехногих наземных животных (известный как четвероногие животные).
Другая странно выглядящая группа рыб, известных как lungfish, обладает высоко подброшенными плавниками также.В дополнение к упорядочиванию полного генома от целаканта исследователи также посмотрели на содержание РНК от целаканта (и африканские и индонезийские разновидности) и от lungfish.
Эта информация позволила им сравнивать гены в использовании в мозгу, почках, печени, селезенке и пищеварительном тракте lungfish с генными наборами от целаканта и 20 других позвоночных разновидностей. Их результаты предположили, что четвероногие животные более тесно связаны с lungfish, чем целаканту.Однако целакант – все еще критический организм, чтобы учиться, чтобы понять то, что часто называют переходом воды к земле.
Lungfish может быть более тесно связан с наземными животными, но его геном остается непостижимым: в 100 миллиардах писем в длине геном lungfish просто слишком громоздкий для ученых к последовательности, соберитесь и проанализируйте. Больше генома целаканта скромного размера приводит к ценным подсказкам о генетических изменениях, которые, возможно, позволили четвероногим животным процветать на земле.
Смотря на то, какие гены были потеряны, когда позвоночные животные приехали в землю, а также какие регулирующие элементы – части генома, которые управляют, где, когда, и до какой степени гены активны – были получены, исследователи сделали несколько необычных открытий:- Обоняние. Команда нашла, что много регулирующих изменений влияли на гены, вовлеченные в восприятие запаха и обнаружение бортовых ароматов. Они выдвигают гипотезу, что, поскольку существа двинулись от моря, чтобы приземлиться, им были нужны новые средства обнаружения химикатов в окружающей среде вокруг них.
– Неприкосновенность. Исследователи нашли значительное количество свободно-связанных регулирующих изменений, когда они сравнили геном целаканта с геномами животных на земле. Они выдвинули гипотезу, что эти изменения могут быть частью ответа новым болезнетворным микроорганизмам, с которыми сталкиваются на земле.
– Эволюционное развитие. Исследователи нашли несколько ключевых генетических регионов, которые, возможно, были ‘эволюционно приняты на работу’, чтобы сформировать четвероногие инновации, такие как конечности, пальцы и пальцы ног и плацента млекопитающих. Один из этих регионов, известных как HoxD, питает конкретную последовательность, которая разделена через целакантов и четвероногих животных. Вероятно, что эта последовательность от целаканта была поглощена четвероногими животными, чтобы помочь сформировать руки и ноги.
– Цикл мочевины. Рыбы избавляются от азота, выделяя аммиак в воду, но люди и другие наземные животные быстро преобразовывают аммиак в менее токсичную мочевину, используя цикл мочевины.
Исследователи нашли, что самый важный ген, вовлеченный в этот цикл, был изменен у четвероногих животных.Ученые сказали: “геном целаканта может держать другие подсказки для исследователей, расследующих эволюцию четвероногих животных”.