Геном химеры дал молекулярно-генетические ответы на некоторые загадки эволюционной истории акул.
Непосвящённому, пожалуй, трудно будет согласиться с тем, что ближайшими родичами акул являются скаты: ну что может быть общего между известнейшим морскими хищниками и плоскими «крылатыми» скатами, похожими скорее на какой-то инопланетный летательный аппарат? Однако же зоологи уже давно объединили скатов, акул и химер в один класс — хрящевых рыб. Несмотря на сильные различия во внешнем облике, у них есть важные общие черты: к примеру, наличие хрящевого (а не костного) скелета, отсутствие
плавательного пузыря и многое другое.
Акулы, скаты и химеры давно интриговали биологов-эволюционистов, однако долгое время их исследовали более или менее традиционными способами, не привлекая новейших молекулярных методов. Но сейчас вопросы происхождения и эволюции той или иной группы организмов всё чаще решаются с помощью секвенирования ДНК, и хрящевым рыбам лишь оставалось ждать, когда до них дойдут учёные руки. В итоге за дело взялась международная группа исследователей из Агентства науки, технологии и исследований A*STAR (Сингапур),
Института иммунобиологии и эпигенетики Общества Макса Планка (Германия), Университета штата в Сан-Франциско (США) и других научных центров. О результатах своих шестилетних трудов исследователи сообщают в журнале Nature.
Ну а прочтён был геном хоботнорылой химеры Callorhinchus milii: во-первых, он не слишком велик и равен примерно трети человеческого, во-вторых, этот вид оказался исключительно консервативным и почти не изменился за сотни миллионов лет эволюции (будучи свидетелем, кстати говоря, появления обычных костных рыб). C. milii обитает в водах Новой Зеландии и южной Австралии, держась дна и добывая зарывшихся в песок моллюсков с помощью характерного вытянутого рыла. Секвенируя геном этого живого ископаемого,
исследователи надеялись понять, почему хрящевые рыбы оказались лишены костей в своём эндоскелете (в лучах плавников и в зубах кости у этой группы могут развиваться); параллельно с ДНК химеры читали и ДНК миног, которых считают предшественниками рыб.
Выяснилось, что у химеры C. milii нет генов секретируемых белков-фосфопротеинов, которые связывают кальций и участвуют в превращении хряща в кость. Удвоение этих генов позволило другим позвоночным обрести костный скелет; предполагается, что у некоторых костных рыб вроде нототениевых уменьшение минерализации костей и редукция костных элементов скелета произошли как раз из-за ослабления генов кальций-связывающих фосфопротеинов. Что же до хрящевых рыб, то они, по-видимому, изначально были их лишены.
Другой особенностью химеры C. milii оказалось отсутствие в её иммунитете Т-хелперов. Считается, что без этих клеток невозможно развитие приобретённого иммунитета, так как Т-хелперы, с одной стороны, помогают другим иммунным клеткам распознать чужеродные молекулы, принадлежащие вирусам и бактериям, а с другой — некоторые из них регулируют иммунную реакцию, не позволяя иммунитету атаковать здоровые клетки и запускать аутоиммунные болезни. Словом, роль этих клеток трудно переоценить, и то, что может
произойти при их массовой гибели, можно наблюдать, к примеру, у больных иммунодефицитом.
Однако химеры как раз с таким иммунодефицитом живут: у них нет ни самих Т-хелперов, ни большинства белков, которые с ними связаны. Но на химерах это сказывается мало: живут они долго и с болезнями борются, по-видимому, довольно успешно, что говорит о каких-то иных способах регуляции иммунитета по сравнению с другими позвоночными. Поможет ли это как-то понять организацию иммунитета млекопитающих и человека, покажет время.
Ну и, в конце концов, удалось подтвердить, что химеры — одни из наиболее медленно эволюционирующих созданий и что их вполне можно использовать как «точку отсчёта» в эволюционных исследованиях позвоночных. В ближайшем будущем авторы работы собираются прочитать геномы ската и акулы, чтобы полнее представлять себе генетическую картину внутри хрящевых рыб.
Стоит также напомнить, что совсем недавно похожий молекулярно-генетический прорыв произошёл у змей, первые секвенированные геномы которых позволили сделать некоторые важные выводы об эволюции этих рептилий.
Ученые давно подозревали, что врановые — семейство птиц, в которое входят вороны и сороки, невероятно умны. Теперь же, нейробиологи Лена Файт и профессор Андреас Ниедер из Тюбингенского университета (англ. University of Tubingen) продемонстрировали, как мозг ворона производит разумное поведение, когда птица должна принять стратегическое решение, сообщает mindbrain.ru.
У вороны совсем не птичьи мозги. Поведенческие биологи окрестили их «пернатыми приматами», поскольку эти птицы способны запоминать большое количество мест, где они могут питаться и планировать свое социальное поведение анализируя поведение других членов группы. Такой высокий уровень интеллекта может показаться удивительным, потому что мозг вороны устроен принципиально иначе, чем мозг млекопитающих, в том числе и приматов.
Тюбингенские исследователи в первую очередь исследовали физиологию мозга ворон. Затем, при помощи компьютера они провели тесты на память. Воронам показывали изображения, которые они должны были запомнить. Вскоре после этого, они должны были выбрать одно из двух тестовых изображений на сенсорном экране ткнув по нему клювом. Одно из тестовых изображений идентично первому — другие, абсолютно разные. Правило игры заключалось в том, чтобы в первом случае птицы выбрали изображение идентичное первому, во
втором — любое другое. Вороны выполнили обе задачи и переключались между ними по мере необходимости, что свидетельствует о высоком уровне концентрации и умственной гибкости, которой могут управлять всего лишь несколько видов животных, и что является трудным даже для человека.
Вороны смогли очень быстро выполнить поставленные задачи, даже когда им давали новые наборы изображений. Исследователи наблюдали за активностью нейронов в Nidopallium Caudolaterale — область головного мозга, связанная с самыми высокими уровнями познания у птиц. Одна группа нервных клеток отвечала исключительно в тот момент, когда воронам приходилось выбирать идентичный образ — в то время, как другая группа клеток отвечала тогда, когда им приходилось выбирать другое изображение. Наблюдая за этой
клеточной активностью, исследователи смогли предсказать, какое правило последует до того, как ворона сделает свой ??выбор.
Исследование, опубликованное в Nature Communications предоставляет ценную информацию о параллельной эволюции разумного поведения.
«У птиц многие функции реализованы по-разному, поскольку долгая эволюционная история отделила нас от этих прямых потомков динозавров», — говорит Лена Файт. «Это означает, что головной мозг птиц может показать нам альтернативное решение того, как производится разумное поведение у другого существа».
Вороны и приматы имеют разный мозг, но клетки, регулирующие принятие решений очень похожи. Они представляют собой общий принцип, который вновь появился на определенном отрезке эволюционной истории.
«Подобно тому, как мы можем сделать обоснованные выводы по аэродинамике, сравнивая очень разное построение крыльев птиц и летучих мышей, мы можем сделать выводы о том, как работает мозг, исследуя функциональные сходства и различия соответствующих его областей у птиц и млекопитающих», — говорит профессор Андреас Нидер.