Лінивці — беззаперечні чемпіони серед усіх ссавців за повільністю. Життя в густих джунглях робило їх надзвичайно складними об’єктами для наукового вивчення, але вперше в історії дослідникам таки вдалося розшифрувати й проаналізувати геном двопалого лінивця.
Інститут досліджень зоопарків і дикої природи імені Лейбніца (IZW) у Берліні, науковці з Інституту Сенгера (Wellcome Sanger Institute), лікарні Sírio Libanês у Сан-Паулу (Бразилія) та їхні колеги секвенували геном двопалого лінивця, який жив у неволі.
Простеживши шлях його еволюції, вони виявили унікальні для цього виду так звані «стрибаючі гени». Ці генетичні послідовності зберігалися незмінними мільйони років і пов’язані з метаболізмом тварини.
Результати дослідження, опубліковані в журналі BMC Biology, лише починають привідкривати завісу над генетикою унікальної біології лінивця. Ці дані можуть стати поштовхом до нових відкриттів у вивченні захворювань, пов’язаних з обміном речовин, та процесів старіння в інших ссавців, включно з нами.
Як еволюціонували лінивці
Разом із броненосцями та мурахоїдами, лінивці належать до ряду Неповнозубі (Xenarthra) — єдиної групи плацентарних ссавців, що зародилася в Південній Америці. Ці тварини існують уже 65,5 мільйона років, і їхніми вимерлими предками були велетенські наземні лінивці розміром зі слона. Сучасні ж лінивці повністю адаптувалися до життя на деревах і поділяються на дві групи: двопалі та трипалі.
Лінивці славляться своєю абсолютною майстерністю сповільненого життя. Більшу частину часу вони проводять на деревах, нерухомо звисаючи і майстерно зливаючись із довкіллям. Навіть коли вони нарешті переміщуються між гілками, щоб поласувати листям чи фруктами, кожен їхній рух сповнений розслабленої, майже медитативної неквапливості. Їхній метаболізм — найнижчий серед ссавців.
Щоб економити енергію, вони вміють перемикатися між саморегуляцією температури тіла та дозволом їй коливатися разом із навколишнім середовищем (із перепадом близько 5°C).
І хоча вони славляться своєю млявістю на суші, лінивці є дивовижно сильними плавцями, здатними долати значні відстані водою, коли, наприклад, вирушають на пошуки партнера.
Розшифровка геному лінивця
Щоб глибше зануритися в незвичну біологію цих тварин, науковці з IZW, Інституту Сенгера та їхні колеги звернулися до геноміки. Використовуючи зразки від лінивця в неволі, команда виділила ДНК із тканин, яку згодом секвенували в Інституті молекулярної клітинної біології та генетики Макса Планка в Німеччині.
Дослідники проаналізували геном лінивця й порівняли його з геномами інших ссавців, зокрема мурахоїда та броненосця, застосувавши метод, відомий як порівняльна геноміка. Це дозволило зіставити генетичні «інструкції з експлуатації» різних тварин і зрозуміти, що саме робить лінивця таким унікальним створінням.
Учені виявили, що геном лінивця містить кілька копій активних транспозонів, або так званих «стрибаючих генів». Це ділянки ДНК, здатні копіювати себе та «вставляти» в нові місця геному, ніби генетичні кочівники. Деякі такі елементи є й у людському геномі, але зазвичай вони неактивні, старі та фрагментовані.
Активні «стрибаючі гени», своєю чергою, можуть спричиняти перебудови в хромосомах, що в людей часто призводить до розвитку раку.
Гени, пов’язані з метаболізмом
Завдяки геноміці, що дозволяє зазирнути в глибини часу й відтворити еволюцію лінивців, дослідники з’ясували: ці «стрибаючі гени» виникли ще в останнього спільного предка всіх сучасних видів лінивців, приблизно 30 мільйонів років тому. З того часу вони збереглися незмінними, ставши невід’ємною та унікальною генетичною рисою, притаманною лише лінивцям.
Команду здивувало те, що багато з цих генів пов’язані з мітохондріями — «енергетичними станціями» клітин, які виробляють енергію, — а також із метаболічними шляхами.
Оскільки лінивці мають один із найунікальніших типів обміну речовин серед ссавців, науковці вважають, що ці специфічні гени тісно пов’язані з їхніми незвичними адаптаціями до довкілля та еволюцією їхнього повільного метаболізму.
Наступним кроком для команди стане детальніше вивчення цих генів у клітинних лініях. За допомогою лабораторних експериментів та секвенування окремих клітин вони планують підтвердити їхню функцію. Дослідники припускають, що клітинні лінії лінивців можуть стати моделлю для вивчення захворювань, пов’язаних з метаболізмом та віком, у ссавців, включно з людьми.
«Еволюція вже провела мільярди експериментів. Вивчаючи таких незвичних тварин, як лінивці, ми часом знаходимо біологічні рішення, до яких людство так і не прийшло в процесі свого розвитку, — зазначає доктор Марсела Уліано-Сілва, старша біоінформатикиня та співавторка дослідження з Інституту Сенгера. — Використовуючи геноміку для погляду в минуле, ми виявили "стрибаючі гени", які лінивці зберігали протягом мільйонів років. Ці унікальні для них генетичні послідовності пов’язані з мітохондріями та метаболічними шляхами, що натякає на їхній прямий зв’язок із формуванням їхнього надзвичайно повільного обміну речовин».
«Багато людських хвороб — включно з діабетом, віковими розладами, нейродегенерацією та атрофією м’язів — пов’язані з порушенням виробництва енергії та функціонування мітохондрій. Хоча необхідні подальші дослідження, клітинні лінії лінивців можуть запропонувати нам природну модель для розуміння того, як організми справляються зі станами низького енергоспоживання та що саме відбувається під час хвороби, — пояснює доктор Педро Галанте, співавтор дослідження з лікарні Sírio Libanês у Сан-Паулу. — У довгостроковій перспективі це може сприяти розвитку досліджень у галузі збереження тканин, реаніматології, вивчення старіння, метаболічних захворювань і навіть тривалих космічних подорожей».
«Лінивці мають найповільніший метаболізм серед усіх ссавців, і водночас залишаються абсолютно здоровими. Розуміння того, як їм це вдається, може відкрити нові горизонти в тому, як клітини ефективно керують енергією, — резюмує доктор Каміла Маццоні, співавторка та керівниця відділу еволюційної геноміки й геноміки збереження видів в Інституті імені Лейбніца (IZW) у Берліні. — Наші висновки свідчать про те, що лінивці, ймовірно, виробили генетичні "резервні системи", які допомагають компенсувати роботу їхніх "розслаблених мітохондрій" і підтримувати їхній унікальний, сповнений спокою спосіб життя».
Коментарі
Поки що немає коментарів. Будьте першим!