Исследователи проследили древо жизни млекопитающих на 100 млрд лет назад

Новое исследование ставит точку в ожесточенных научных дебатах относительно истории диверсификации млекопитающих в связи с вымиранием неазиатских динозавров. Работа дает окончательный ответ на вопрос о сроках эволюции млекопитающих в течение последних 100 миллионов лет.

Это исследование проведено группой ученых из Школы ветеринарной медицины и биомедицинских наук Техасского университета A&M.

Исследование, опубликованное в журнале Science, является частью серии статей, выпущенных проектом Zoonomia - консорциумом ученых со всего мира, который использует крупнейший в истории набор геномных данных млекопитающих для определения эволюционной истории генома человека в контексте эволюционной истории млекопитающих. Их конечная цель - лучше определить генетическую основу признаков и заболеваний у людей и других видов.

Работа основывается на филогении, области биологии, занимающейся эволюционными отношениями и диверсификацией живых и вымерших организмов.

"Главный спор заключается в том, произошла ли дивергенция плацентарных млекопитающих (млекопитающих, развивающихся в плацентах) до или после мелово-палеогенового (или K-Pg) вымирания, которое уничтожило неафриканских динозавров", - поделилась соавтор работы, доктор Николь Фоули. "Проводя новые виды анализа, возможные только благодаря огромному объему Zoonomia, мы отвечаем на вопрос, где и когда млекопитающие диверсифицировались и эволюционировали в связи с массовым вымиранием K-Pg".

Исследование, проведенное совместно с сотрудниками Калифорнийского университета в Дэвисе, Калифорнийского университета в Риверсайде и Американского музея естественной истории, позволяет сделать вывод, что млекопитающие начали диверсифицироваться еще до K-Pg вымирания в результате дрейфа континентов, который привел к тому, что земные суши в течение миллионов лет отдалялись друг от друга и вновь сближались. Другой всплеск диверсификации произошел сразу после вымирания динозавров в K-Pg, когда млекопитающие имели больше места, ресурсов и стабильности.

Этот ускоренный темп диверсификации привел к богатому разнообразию родов млекопитающих - хищников, приматов и копытных, - которые населяют Землю сегодня.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом САШ и является частью проекта "Зоономия" под руководством ученых из Института Брод, которые также сравнивают геномы млекопитающих, чтобы понять основу замечательных фенотипов - выражение определенных генов, таких как карие или голубые глаза, и происхождение болезней.

Фоули отметила, что разнообразие среди плацентарных млекопитающих проявляется как в их физических признаках, так и в их необычных способностях.

"Сейчас млекопитающие представляют собой огромное эволюционное разнообразие - от пронзительного полета крошечного шмеля до плавного скольжения огромного синего кита, плывущего по просторам океанов Земли. Многие виды эволюционировали для эхолокации, некоторые производят яд, а другие развили устойчивость к раку и вирусам", - сказала она.

"Возможность рассмотреть общие различия и сходства между видами млекопитающих на генетическом уровне может помочь нам выяснить части генома, которые имеют решающее значение для регуляции экспрессии генов", - продолжает она. "Настройка этого геномного механизма у разных видов привела к тому разнообразию признаков, которое мы наблюдаем у современных млекопитающих".

Соавтор, доктор Уильям Дж. Мерфи, который является профессором кафедры ветеринарных интегративных бионаук, поделилась, что разработанная Фоули филогения млекопитающих имеет решающее значение для целей проекта Zoonomia, направленного на использование возможностей сравнительной геномики как инструмента для медицины человека и сохранения биоразнообразия.

"Проект Zoonomia имеет большое значение, поскольку это первый анализ, в рамках которого одновременно выравнивается 241 разнообразный геном млекопитающих и эта информация используется для лучшего понимания генома человека", - пояснил он. "Основным стимулом для создания этого большого набора данных была возможность сравнить все эти геномы с геномом человека, а затем определить, какие части генома человека изменились во время эволюционной истории млекопитающих".

Определение того, какими частями генов можно манипулировать, а какие части нельзя изменять без ущерба для функции гена, важно для медицины. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine под руководством одного из коллег Мерфи и Фоули, генетика из Техасского университета A&M доктора Скотта Диндота, сравнительную геномику использовали для разработки молекулярной терапии синдрома Ангельмана - разрушительного, редкого нейрогенетического заболевания, вызываемого потерей функции материнского гена UBE3A в мозге.

Команда Диндота воспользовалась теми же мерами эволюционного ограничения, которые были определены в рамках проекта Zoonomia, и применила их для выявления важнейшей, но ранее неизвестной генетической мишени, которую можно использовать для восстановления экспрессии UBE3A в нейронах человека.

По словам Мерфи, расширение возможностей сравнения геномов млекопитающих с помощью крупнейшего в истории набора данных поможет разработать больше лекарств и методов лечения болезней других видов, корни которых лежат в генетике, в частности кошек и собак.

"Например, у кошек физиологические адаптации обусловлены уникальными мутациями, которые позволяют им потреблять исключительно высокожировую, высокобелковую диету, крайне вредную для здоровья человека", - объясняет Мерфи. "Одним из замечательных аспектов выравнивания 241 вида в Zoonomia является то, что мы можем выбрать любой вид (не только человека) в качестве эталона и определить, какие части генома этого вида могут свободно меняться, а какие не переносят изменений. В случае с кошками, например, мы можем помочь определить генетические адаптации у этих видов, которые могут привести к терапевтическим мишеням для лечения сердечно-сосудистых заболеваний у людей".

Филогения Мерфи и Фоули также сыграла важную роль во многих последующих работах, которые являются частью проекта.

"Это нисходящая геномика", - объясняет Фоули. "Одним из самых приятных моментов для меня в работе над проектом было то, что я увидела, как много различных исследовательских проектов было усовершенствовано благодаря включению нашей филогении в их анализ. Сюда входят исследования по геномике сохранения исчезающих видов, а также исследования, посвященные эволюции различных сложных признаков человека".

По словам Фоули, было очень важно и полезно окончательно ответить на вопрос о времени возникновения млекопитающих и создать расширенную филогению, которая заложит основу для следующих поколений исследователей.

"В будущем это массивное выравнивание генома и его историческая запись эволюции генома млекопитающих станут основой для всех, кто будет задавать сравнительные вопросы о млекопитающих", - сказала она. "Это очень круто".

українською