Уникальный ген помогает ящерицам справиться с ураганными ветрами

Фото из открытых источников

В сентябре 2017 года за две недели на острова Тёркс и Кайкос в Карибском море обрушились два урагана. Ураганы «Ирма» и «Мария» обернулись катастрофой как для людей, так и для других обитателей острова, в том числе для маленьких ящериц, известных как анолисы (Anolis scriptus). Но некоторые анолисы пережили ураганы лучше, чем другие, и теперь ученые обнаружили возможную причину этого в их генах. В статье, опубликованной в журнале Current Biology, исследователи указывают на ген, который возможно, помог удачливым анолисам пережить ураганный ветер, уменьшив некоторые из их пальцев, благодаря чему они стали лучше цепляться за поверхность.

Анолис, которого сдувает с ветки во время урагана, может получить травму или погибнуть, поэтому естественный отбор, вероятно, благоприятствует способности цепляться за ветки. Вот уже почти десять лет исследователи изучают влияние ураганов на анолисов, обитающих на островах, как на естественный крупномасштабный эволюционный эксперимент. Но по сравнению с предыдущими исследованиями новое выделяется своей масштабностью, говорят ученые, не принимавшие участия в работе. Оно дает полное представление о предмете, сочетая такие разные методы, как CRISPR и лабораторные тесты на способность анолисов цепляться за поверхности.

Благодаря этим усилиям ученые впервые получили представление о генетике хватательного рефлекса анолисов, что «огромный шаг вперед», по словам Кимберли Купер, эволюционного биолога развития из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Это то, о чем мы все мечтали годами», — добавляет Томас Сэнгер, эволюционный биолог развития из Чикагского университета Лойолы, который публиковался в соавторстве с некоторыми из участников исследования, но не принимал участия в новой работе.

Предыдущие исследования уже показали, что анатомия анолисов с серебряным клювом изменилась под воздействием ураганов «Ирма» и «Мария». В 2018 году группа ученых, в которую входили некоторые из авторов новой статьи, сообщила, что вскоре после ураганов анолисы на двух островах архипелага Тёркс и Кайкос обзавелись более крупными подушечками на пальцах, более длинными передними и более короткими задними конечностями. Анолисы на других Карибских островах, которые часто страдают от ураганов, также демонстрируют увеличенные подушечки на пальцах, как показало исследование 2020 года, что может повысить способность ящериц цепляться за поверхности.

Но биологу-эволюционисту Шейну Кэмпбелл-Стейтону из Принстонского университета, его аспиранту с говорящим именем Принстон Вон и их коллегам было недостаточно просто подсчитать физические характеристики животных. Они хотели определить гены, участвующие в этих изменениях. Используя образцы тканей анолисов, собранные до и после ураганов, ученые просканировали геном ящериц в поисках участков, которые, по всей видимости, эволюционируют особенно быстро. В выявленных сегментах содержатся пять перспективных генов, которые помогают контролировать развитие мышц и скелета.

Их главным кандидатом был ген hs6st1. Он не только сильно влияет на развитие конечностей у других животных, но и его вариант коррелирует с физическим изменением, которое наблюдалось у анолисов на островах после ураганов: укорочением четвертого пальца на задних лапах. Чтобы проверить влияние этого гена на размер пальцев, исследователи использовали CRISPR, чтобы отключить его у эмбрионов бурых анолисов (Anolis sagrei), которые похожи на анолисов-серебрянок, но с ними проще работать в лаборатории. Когда ученые измерили пальцы на задних лапах животных непосредственно перед вылуплением, они обнаружили, что потеря hs6st1 привела к укорочению четвертого пальца примерно на 5%.

Чтобы проверить, влияет ли это уменьшение на поведение при сильном ветре, исследователи поместили коричневых анолисов без изменений в среду на вертикальный насест, а затем включили мощный вентилятор, который создавал скорость воздушного потока до 118 километров в час, создавая то, что Кэмпбелл-Статон называет «ураганом в коробке». Он и его коллеги обнаружили, что животные лучше удерживаются на насесте, если четвертый палец на их задних лапах короче. Может показаться, что более длинный палец лучше цепляется за поверхность, но «короткий палец дает больше рычагов», — говорит Кэмпбелл-Статон.

По словам вычислительного эволюционного биолога Марка Толлиса из Университета Северной Аризоны, в исследовании «элегантно сочетаются различные линии доказательств». С ним согласен эволюционный биолог из Технологического института Джорджии Джеймс Страуд, который также публиковался с некоторыми соавторами исследования, но не участвовал в новой работе. «Это прекрасный пример интегративной науки», — говорит он. 

Кэмпбелл-Стейтон предупреждает, что, хотя длина четвертого пальца ноги “является важной частью уравнения”, которое определяет, могут ли ящерицы держаться, это “не является решающим фактором”. Другие гены, вероятно, также помогают анолам держаться - и потребуется больше исследований, чтобы выявить их и определить, как они функционируют.