По множеству причин, больших белых акул следует считать обитающими в океане супергероями - они большие и сильные, живут долго, могут залечить свои раны удивительно быстро, и даже вероятно, что они редко заболевают раком. Но как это возможно, что эти древние великаны имеют так много черт, похожих на супергероев? Ученые сделали важный шаг к ответу на этот вопрос, расшифровав весь геном большой белой акулы.
Международная группа исследователей во главе с учеными из Исследовательского центра акул Фонда Спасения наших морей и Научно-исследовательского института Ги Харви из Университета Нова-Юго-Восточная во Флориде определила последовательность генома большой белой акулы (Carcharodon Carcharias) и сравнил его с геномами нескольких других видов позвоночных. Команда обнаружила множество необычных генетических характеристик, которые могут объяснить, почему белые акулы - супергерои (или суперзлодеи, если вы толстый морской лев) моря. Их исследование было опубликовано онлайн в понедельник (18 февраля) в журнале «Известия Национальной академии наук».
Генетическая стабильность является ключевым
Секвенирование генома большой белой акулы было непростой задачей - геном состоял из 4,63 миллиарда пар оснований (азотсодержащих молекул, составляющих «ступеньки» лестницы ДНК), что примерно в 1,5 раза больше человеческого генома. «Это довольно впечатляющее усилие», - сказал Дови Качев, морской молекулярный эколог и исследователь из Национального научного центра морского рыбного хозяйства юго-запада в Калифорнии, который не участвовал в исследовании.
Почти 60 процентов генома белой акулы состояли из повторяющихся генетических последовательностей, что похоже на то, что наблюдается в геноме человека. Что особенного в геноме белой акулы, так это то, что многие из этих повторяющихся областей являются кодами для специальной группы генов, известных как LINE.
«Они копируют себя и затем случайно вставляют в разные места в геноме, и в процессе они делают двухцепочечные разрывы в ДНК, которые необходимо восстановить», - сказал Майкл Стэнхоуп, биолог-эволюционист из Корнелльского университета в Нью-Йорке. , Стэнхоуп совместно руководил исследованием с Николасом Маррой и Махмудом Шивджи, биологами по охране природы в Ново-Юго-Восточном университете.
Эти частые разрывы в ДНК делают геном нестабильным, что обычно приводит к более высокому риску возникновения проблемных генетических мутаций, которые могут в конечном итоге привести к раку. Но белые акулы, кажется, развили способ избежать такой нестабильности генома.
Исследователи обнаружили, что геном белой акулы содержит много генов, ответственных за поддержание генетической стабильности, таких как гены репарации ДНК и гены, подавляющие опухоль. И когда исследователи сравнили гены устойчивости белой акулы с аналогичными генами у других позвоночных, они обнаружили небольшие изменения в последовательности генов, которые указывают на специфическую модель эволюционной адаптации этих генов у белых акул.
«Думайте об этом как о точной настройке роли этих генов в поддержании стабильности генома у белой акулы», - сказал Стэнхоуп.
Люди предполагают, что у акул уровень заболеваемости раком намного ниже, чем у других животных, но «не так уж много реальных данных, чтобы с уверенностью сказать это», сказал Качев. Тем не менее, обильное присутствие специально адаптированных генов стабильности может объяснить потенциальную устойчивость к раку.
«Если вы хотите предотвратить рак, вам необходимо поддерживать стабильность вашего генома», - сказал Стенхоп, что означает избегание генетических мутаций. Накопление избыточных мутаций приводит к раку, но геном акулы, кажется, специально предназначен для предотвращения этого. «Это то, что мы должны были бы проверить в лаборатории, чтобы действительно знать», - сказал он.
Стенхоуп также предупредил, что, хотя белые акулы могут иметь генетическую адаптацию для предотвращения развития рака, это не означает, что употребление продуктов из акул может предотвратить развитие рака у человека, несмотря на то, что утверждают сторонники «альтернативной медицины».
И их другие особые способности ...
Генетика также может объяснить еще одну сверхспособность белой акулы: способность быстро лечить. Команда обнаружила несколько генов белых акул, которые, как известно, играют важную роль в процессах заживления ран у позвоночных. И, подобно генам стабильности, гены заживления ран в белой акуле находились под таким же положительным давлением эволюционного отбора, что означает тенденцию к увеличению числа этих полезных признаков.
«Мы также обнаружили обогащение генов как для заживления ран, так и для генов стабильности генома у белой акулы по сравнению с другими позвоночными животными», - сказал Стэнхоуп. Другими словами, геном белой акулы имеет более высокую долю этих типов генов по сравнению с тем, что наблюдается в других геномах позвоночных.
В то время как команда обнаружила ряд генов, которые могут быть ответственны за многие способности супер-акулы великих белых, была одна особенность, которая не была четко объяснена геномом: чувствительный анализатор акулы.
Акулы известны своим острым обонянием, поэтому исследователи ожидали найти многочисленные гены обонятельных рецепторов (OR), которые являются генами, ответственными за эффективные шнозы других позвоночных. Но геном белой акулы содержал исключительно мало этих генов. Вместо этого исследователи обнаружили другую категорию генов, называемых вомероназальными генами. Эти гены также могут быть вовлечены в восприятие обоняния, но обычно они не так многочисленны, как гены OR, сказал Стенхоуп. Однако в геноме белой акулы имеется более дюжины вомероназальных генов, поэтому исследователи предположили, что, возможно, эти гены определяют восприятие запаха у белой акулы.
«Мы все еще находимся в точке, где мы царапаем поверхность, но наличие этой последовательности генома дает нам отправную точку для более подробного рассмотрения этих вопросов», - сказал Качев. Это исследование, несомненно, поможет ответить на вопросы о других видах, добавил он. «Понимание генома белой акулы важно не только для белой акулы, но и является эшафотом или отправной точкой для понимания родственных видов».
Большие белые акулы - одно из самых известных морских существ в мире, но их популяции борются, поскольку люди продолжают охотиться на них из-за страха и жадности. «У людей есть эти изображения, которые изображены в фильмах и телешоу как эти машины для убийства», - сказал Качев. Однако реальность такова, что люди убивают гораздо больше акул, чем акулы убивают людей.
«Люди убивают много, много миллионов акул каждый год по всему миру по глупым, поддельным медицинским причинам; из-за супа из акульих плавников и всевозможных причин, которые на самом деле просто трагичны», - сказал Стенхоуп. Исследователи надеются, что их исследование поможет большему количеству людей осознать, насколько особенными являются эти древние позвоночные.
«Я надеюсь, что люди признают замечательные, биологические адаптации этих животных и, как следствие, имеют большую оценку для них», сказал Стэнхоуп.
