Нове дослідження ставить крапку в запеклих наукових дебатах щодо історії диверсифікації ссавців у зв'язку з вимиранням неазіатських динозаврів. Робота дає остаточну відповідь на питання про терміни еволюції ссавців протягом останніх 100 мільйонів років.
Це дослідження проведене групою вчених зі Школи ветеринарної медицини та біомедичних наук Техаського університету A&M.
Дослідження, опубліковане в журналі Science, є частиною серії статей, випущених проєктом Zoonomia — консорціумом учених з усього світу, який використовує найбільший в історії набір геномних даних ссавців для визначення еволюційної історії геному людини в контексті еволюційної історії ссавців. Їхня кінцева мета — краще визначити генетичну основу ознак і захворювань у людей та інших видів.
Робота ґрунтується на філогенії, галузі біології, що займається еволюційними відносинами і диверсифікацією живих і вимерлих організмів.
"Головна суперечка полягає в тому, чи відбулася дивергенція плацентарних ссавців (ссавців, що розвиваються в плацентах) до або після крейдяно-палеогенового (або K-Pg) вимирання, яке знищило неафриканських динозаврів", - поділилася співавторка роботи, докторка Ніколь Фоулі. "Проводячи нові види аналізу, можливі тільки завдяки величезному об'єму Zoonomia, ми відповідаємо на питання, де і коли ссавці диверсифікувалися та еволюціонували у зв'язку з масовим вимиранням K-Pg".
Дослідження, проведене спільно зі співробітниками Каліфорнійського університету в Девісі, Каліфорнійського університету в Ріверсайді та Американського музею природної історії, дає змогу дійти висновку, що ссавці почали диверсифікуватись ще до K-Pg вимирання внаслідок дрейфу континентів, який призвів до того, що земні суходоли протягом мільйонів років віддалялись один від одного та знов зближувались. Інший сплеск диверсифікації стався одразу після вимирання динозаврів у K-Pg, коли ссавці мали більше місця, ресурсів і стабільності.
Цей прискорений темп диверсифікації призвів до багатого розмаїття родів ссавців — хижаків, приматів і копитних, — які населяють Землю сьогодні.
Дослідження фінансувалося Національним науковим фондом САШ та є частиною проєкту "Зоономія" під керівництвом вчених з Інституту Брод, які також порівнюють геноми ссавців, щоб зрозуміти основу чудових фенотипів — вираз певних генів, як-от карі або блакитні очі, та походження хвороб.
Фоулі зазначила, що різноманітність серед плацентарних ссавців проявляється як у їхніх фізичних ознаках, так і в їхніх незвичайних здібностях.
"Зараз ссавці являють собою величезне еволюційне розмаїття — від пронизливого польоту крихітного джмеля до плавного ковзання величезного синього кита, що пливе просторами океанів Землі. Багато видів еволюціонували для ехолокації, деякі виробляють отруту, а інші розвинули стійкість до раку і вірусів", - сказала вона.
"Можливість розглянути загальні відмінності та подібності між видами ссавців на генетичному рівні може допомогти нам з'ясувати частини геному, які мають вирішальне значення для регуляції експресії генів", - продовжує вона. "Налаштування цього геномного механізму в різних видів призвело до тієї різноманітності ознак, яку ми спостерігаємо в сучасних ссавців".
Співавтор, доктор Вільям Дж. Мерфі, який є професором кафедри ветеринарних інтегративних біонаук, поділилася, що розроблена Фоулі філогенія ссавців має вирішальне значення для цілей проєкту Zoonomia, що спрямований на використання можливостей порівняльної геноміки як інструменту для медицини людини та збереження біорізноманіття.
"Проєкт Zoonomia має велике значення, оскільки це перший аналіз, у рамках якого одночасно вирівнюється 241 різноманітний геном ссавців і ця інформація використовується для кращого розуміння геному людини", - пояснив він. "Основним стимулом для створення цього великого набору даних була можливість порівняти всі ці геноми з геномом людини, а потім визначити, які частини генома людини змінилися під час еволюційної історії ссавців".
Визначення того, якими частинами генів можна маніпулювати, а які частини не можна змінювати без шкоди для функції гена, важливе для медицини. У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Science Translational Medicine під керівництвом одного з колег Мерфі та Фоулі, генетика з Техаського університету A&M доктора Скотта Діндота, порівняльну геноміку використали для розроблення молекулярної терапії синдрому Ангельмана — руйнівного, рідкісного нейрогенетичного захворювання, що спричиняється втратою функції материнського гена UBE3A в мозку.
Команда Діндота скористалася тими самими заходами еволюційного обмеження, що були визначені в рамках проєкту Zoonomia, і застосувала їх для виявлення найважливішої, але раніше невідомої генетичної мішені, яку можна використати для відновлення експресії UBE3A в нейронах людини.
За словами Мерфі, розширення можливостей порівняння геномів ссавців за допомогою найбільшого в історії набору даних допоможе розробити більше ліків і методів лікування хвороб інших видів, коріння яких лежить у генетиці, зокрема котів і собак.
"Наприклад, у кішок фізіологічні адаптації зумовлені унікальними мутаціями, які дають їм змогу споживати виключно високожирову, високобілкову дієту, вкрай шкідливу для здоров'я людини", - пояснює Мерфі. "Одним з чудових аспектів вирівнювання 241 виду в Zoonomia є те, що ми можемо вибрати будь-який вид (не тільки людину) як еталон і визначити, які частини геному цього виду можуть вільно змінюватися, а які не переносять змін. У випадку з кішками, наприклад, ми можемо допомогти визначити генетичні адаптації у цих видів, які можуть призвести до терапевтичних мішеней для лікування серцево-судинних захворювань у людей".
Філогенія Мерфі та Фоулі також зіграла важливу роль у багатьох наступних роботах, які є частиною проєкту.
"Це низхідна геноміка", - пояснює Фоулі. "Одним із найприємніших моментів для мене в роботі над проєктом було те, що я побачила, як багато різних дослідницьких проєктів було вдосконалено завдяки включенню нашої філогенії до їхнього аналізу. Сюди входять дослідження з геноміки збереження зникаючих видів, а також дослідження, присвячені еволюції різних складних ознак людини".
За словами Фоулі, було дуже важливо і корисно остаточно відповісти на питання про час виникнення ссавців і створити розширену філогенію, яка закладе основу для наступних поколінь дослідників.
"У майбутньому це масивне вирівнювання геному та його історичний запис еволюції геному ссавців стануть основою для всіх, хто ставитиме порівняльні запитання щодо ссавців", - сказала вона. "Це дуже круто".
Коментарі
Дописати коментар