Наука

Почему утконосы такие странные? Все пояснила первая карта генома утконоса

Первая генетическая карта утконоса оказалась предсказуемо странной. Этого и следовало ожидать от существа, похожего на бобра, но утиным носом, 10 половыми хромосомами, парой ядовитых шпор, шубой из флуоресцентного меха и кожей, через которую «потеет» молоко.

Утконос — одно из самых странных существ на Земле. Наряду с ехидной утконос относится к высокоспециализированной группе млекопитающих, известных как однопроходные, которые откладывают яйца, но кормят своих детенышей молоком. Их гены свидетельствует о причудливой смеси нескольких классов позвоночных животных: птиц, рептилий и млекопитающих.

Живущие сегодня млекопитающие делятся на три группы: однопроходных, сумчатых и плацентарных. Мы, люди, принадлежим к последней группе. Две последние группы составляют подкласс, известный как терианские млекопитающие, которые рождают живых детенышей.

Фото: Nature

До сих пор было неясно, когда эти три группы впервые начали расходиться друг с другом. Геном утконоса помог прояснить это. Данные, собранные по линиям ехидны и утконоса, говорят о том, что их последний общий предок жил около 57 миллионов лет назад, а однопроходные в целом отделились от сумчатых и эвтерианских млекопитающих около 187 миллионов лет назад. Но за это время утконос почти не изменился.

Авторов исследования особенно заинтересовали половые хромосомы утконоса, которые, по-видимому, возникли независимо от терианских млекопитающих, обходящихся простой парой XY. Утконос — единственное известное животное с 10 половыми хромосомами (у ехидн их всего девять). 5X и 5Y хромосом утконоса организованы в кольцо, которое, по-видимому, распалось на части в ходе эволюции млекопитающих.

Сравнивая эту хромосомную информацию с геномами человека, опоссума, тасманского дьявола, курицы и ящерицы, авторы обнаружили, что половые хромосомы утконоса имеют больше общего с птицами, такими как куры, чем с млекопитающими. Но хотя утконосы откладывают яйца, как куры, они кормят своих детенышей молоком, как терианские млекопитающие.

Неудивительно, что геномы однопроходных млекопитающих содержат большинство генов выработки молока, которыми обладают терианские млекопитающие. Так, гены выработки казеина помогают кодировать определенные белки в молоке млекопитающих, но у однопроходных есть дополнительные казеины с неизвестными функциями. Тем не менее, их молоко мало чем отличается от молока коровы или женщины.

Таким образом, утконос, вероятно, не так зависит от яичных белков, как другие виды птиц и рептилий, потому что позже он может кормить своих детенышей молоком через лактационные железы на коже. И его геном подтверждает это. В то время как птицы и рептилии полагаются на три гена, которые кодируют основные белки яиц, утконос, похоже, потерял большинство этих генов примерно 130 миллионов лет назад. Сегодня у кур есть все три гена яичного белка, у людей их нет, а у утконоса остался один полностью функциональный ген.

Утконос — странный посредник между тремя классами позвоночных, а его геном — мост в наше собственное эволюционное прошлое. Он, в частности, сообщает нам, что производство молока у всех существующих видов млекопитающих было развито с помощью одного и того же набора генов, полученных от общего предка, который жил более 170 миллионов лет назад, одновременно с ранними динозаврами в юрский период.

Полный геном утконоса обнаружил также потерю четырех генов, связанных с развитием зубов, которые, вероятно, исчезли примерно 120 миллионов лет назад. Для измельчения пищи утконос использует пару роговидных пластин.

Ядовитые шпоры на задних лапах, возможно, объяснимы генами, которые у других млекопитающих связаны с иммунной системой, что и дает начало уникальным белкам в яде утконосов. Ехидны, похоже, потеряли этот ключевой ген яда.

Генетикам также удалось расшифровать геном саблезубой кошки, одного из самых известных животных эпохи плейстоцена наряду с мамонтами и шерстистыми носорогами.

По материалам Science alert и Nature

Ученые создают геномный «Ноев ковчег»

Вокруг Света