Секрет неторопливой жизни ленивцев может скрываться в древних «прыгающих генах»

Фото из открытых источников

Наряду с броненосцами и муравьедами, ленивцы относятся к группе Xenarthra, единственной кладе плацентарных млекопитающих, возникшей в Южной Америке. В новом исследовании ученые секвенировали и проанализировали геномы на хромосомном уровне двупалого ленивца Линнея (Choloepus didactylus) и южного муравьеда (Tamandua tetradactyla). Результаты исследования были опубликованы в журнале BMC Biology.

Ученые выявили необычные генетические элементы, связанные с производством энергии у ленивцев, что дает ключ к пониманию того, как у этих животных развился самый медленный метаболизм среди всех млекопитающих.

Ксенартры существуют уже 65,5 миллионов лет, а среди их вымерших предков были наземные ленивцы размером со слона.

В настоящее время все современные ленивцы обитают на деревьях и делятся на две группы: двупалые и трёхпалые.

Большую часть времени они проводят на деревьях, где неподвижно висят, замаскированные, а когда перемещаются между ветвями, чтобы питаться листьями и плодами, всё происходит очень медленно.

У них самый низкий метаболизм среди млекопитающих, часто составляющий менее половины от ожидаемого для их размеров тела.

Для экономии энергии они могут переключаться между саморегулированием температуры тела и её колебаниями в зависимости от окружающей среды.

Несмотря на свою медлительность, они являются отличными пловцами и иногда преодолевают большие расстояния в поисках партнера.

Чтобы глубже понять необычную биологию ленивцев, исследовательница из Института Веллкома Сангера Марсела Улиано-Сильва и ее коллеги обратились к геномике.

«Эволюция уже провела миллиарды экспериментов», — сказала Улиано-Сильва. «Изучая необычных животных, таких как ленивцы, мы иногда обнаруживаем биологические решения, которые человек никогда не мог вывести в процессе эволюции. Используя геномику для изучения истории, мы обнаружили «прыгающие гены», которые ленивцы сохранили на протяжении миллионов лет».

Эти специфические для ленивцев гены связаны с митохондриями и метаболическими путями, что позволяет предположить их возможную связь с эволюцией их чрезвычайно медленного метаболизма.

В ходе исследования авторы секвенировали и проанализировали геном двупалого ленивца Линнея и южного муравьеда.

Они обнаружили, что геном ленивца содержит несколько копий активных транспозабельных элементов, называемых «транспозонами» или «прыгающими генами», которые представляют собой последовательности ДНК, способные копировать и вставлять себя, изменяя свое положение в геноме.

Используя геномику для изучения эволюции ленивцев в прошлом, исследователи обнаружили, что эти «прыгающие гены» возникли у последнего общего предка всех ныне живущих видов ленивцев около 30 миллионов лет назад.

С тех пор эти гены сохранились, превратившись в укоренившиеся генетические последовательности, уникальные для ленивцев.

Исследователи с удивлением обнаружили, что многие из этих генов связаны с митохондриями — «энергетическими станциями» клеток, которые вырабатывают энергию, — и метаболическими путями.

Поскольку у ленивцев один из самых уникальных метаболизмов среди млекопитающих, считается, что эти специфические для ленивцев гены связаны с их необычной адаптацией к окружающей среде и эволюцией их чрезвычайно медленного метаболизма.

«У ленивцев самый медленный метаболизм среди всех млекопитающих, и тем не менее они остаются здоровыми», — сказала Камила Маццони из Института зоологических и природоохранных исследований им. Лейбница и Берлинского центра геномики в области изучения биоразнообразия.

Понимание того, как они этого достигают, может дать новые представления о том, как клетки эффективно управляют энергией.

Полученные результаты позволяют предположить, что у ленивцев, возможно, развились генетические «резервные системы», которые помогают компенсировать «расслабленное состояние митохондрий» и поддерживают их уникальный образ жизни.

«Многие заболевания человека, включая диабет, возрастные расстройства, нейродегенеративные заболевания и атрофию мышц, связаны с проблемами выработки энергии и функционирования митохондрий», — сказал Педро Галанте из больницы Сирио Либанес.

Хотя необходимы дальнейшие исследования, клеточные линии ленивцев могут предложить естественную модель для понимания того, как организмы справляются с низким уровнем энергии и что происходит не так при заболеваниях.

«В долгосрочной перспективе это может послужить основой для исследований в области сохранения тканей, интенсивной терапии, старения, метаболических заболеваний и даже длительных космических путешествий», - отметил Галанте.