09.01.2014

Почему у акул нет костей?

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 эпигенетикиОбщества 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.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru