По мнению некоторых ученых, млекопитающие в настоящее время являются самым доминирующим видом на планете Земля. У них есть шерсть, они рожают живых детенышей и производят молоко для своего потомства, и ученые начинают лучше понимать, как млекопитающие, подобные нам, стали такими могущественными. О нашем вымершем общем предке известно не так уж много. Все млекопитающие - от крошечной мыши до верных собак и огромного синего кита - связаны между собой генетически. Но чем питался или как выглядел этот важный ключевой вид? Исследование, опубликованное сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает некоторые новые сведения о нашем общем предке, запертом в геноме животного.
Международная группа исследователей изучила высококачественные геномные последовательности 32 ныне живущих видов, включая человека, шимпанзе, вомбата, кролика, ламантина, домашний скот, носорога, летучую мышь и панголина, чтобы создать компьютерную модель того, каким мог быть геном первого млекопитающего. Эти последовательности представляли 23 из 26 известных порядков млекопитающих. В таксономии Линнея, способе классификации живых существ, разработанном шведским ботаником Карлусом Линнеем, все живые существа делятся на три царства (растения, животные и минералы), а затем подразделяются на классы, порядки, роды и виды. В качестве группы сравнения в анализ были включены геномные последовательности кур (птицы) и китайского аллигатора (рептилия).
Возможно, предок был похож на крысоподобного Morganucodon, одного из первых млекопитающих, весившего всего несколько унций и жившего около 200 миллионов лет назад.
По словам Джоаны Дамас, первого автора исследования и постдокторского исследователя в Геномном центре Калифорнийского университета в Дэвисе, команда заглянула в прошлое и реконструировала геном на основе сходства, обнаруженного в геномах современных млекопитающих. Их реконструкция показала, что предок млекопитающих имел 19 аутосомных хромосом плюс две половые хромосомы. Аутосомные хромосомы контролируют наследование характеристик организма, за исключением тех, которые контролируются сцепленными с полом хромосомами. В большинстве клеток сцепленные с полом хромосомы являются парными (X и Y у мужчин и XX у женщин). Исходя из этой новой конструкции генома, у первого млекопитающего было 38 хромосом, в то время как у человека 46 пар.
"Мы можем подтвердить, что у него была X-хромосома, но мы не уверены насчет Y, поскольку не смогли ее реконструировать из-за ограниченности данных. Существуют и другие возможные конфигурации половых хромосом", - пояснил изданию Popular Science Харрис Льюин, заслуженный профессор эволюции и экологии Калифорнийского университета в Дэвисе и старший автор статьи. "На основании кариотипов сумчатых и монтрем [полный набор хромосом особи] можно предположить, что у предка также была Y-хромосома".
Команда также определила 1 215 блоков генов, которые постоянно встречаются на одной и той же хромосоме и в одном и том же порядке во всех 32 геномах, использованных в исследовании.
"Наши результаты имеют важные последствия для понимания эволюции млекопитающих и для усилий по охране природы", - сказал Льюин в своем заявлении.
Кроме того, команда обнаружила девять целых хромосом предка млекопитающих, гены которых располагались в том же порядке, что и в хромосомах современных птиц. "Это замечательное открытие показывает эволюционную стабильность порядка и ориентации генов на хромосомах на протяжении более 320 миллионов лет", - добавил Льюин в пресс-релизе.
Напротив, регионы между этими консервативными блоками содержали больше повторяющихся последовательностей и были более подвержены разрывам, перестройкам и дупликации последовательностей. Эти изменения являются основными движущими силами эволюции генома.
"Реконструкция генома предков имеет решающее значение для интерпретации того, где и почему селективное давление варьирует в разных геномах. Это исследование устанавливает четкую взаимосвязь между архитектурой хроматина, регуляцией генов и сохранением связей", - сказал Уильям Мерфи, профессор эволюционной биологии Техасского университета A&M, в пресс-релизе. "Это закладывает основу для оценки роли естественного отбора в эволюции хромосом на древе жизни млекопитающих". Мерфи не был автором статьи.
Исследователи проследили хромосомы предков от общего предка до наших дней и обнаружили, что скорость перестройки хромосом в разных линиях млекопитающих была разной. Например, в линии, которая привела к появлению современного крупного рогатого скота, овец и оленей (так называемых жвачных животных), перестройка хромосом ускорилась 66 миллионов лет назад, когда в результате удара астероида погибли динозавры. Это массовое вымирание привело к появлению млекопитающих как доминирующего вида на Земле.
В будущем результаты этого исследования помогут ученым лучше понять генетику адаптаций, которые позволили млекопитающим процветать на постоянно меняющейся планете в течение последних 180 миллионов лет.