В ходе революционного проекта сотни ученых со всего мира раскрыли множество загадок эволюции млекопитающих, работа, которая может помочь нам понять, почему люди уникальны и какие конкретные генетические изменения являются ключом к возникновению болезней.
Проект Zoonomia, который стартовал в 2015 году и к настоящему моменту расширился и включает в себя более 150 исследователей из 50 учреждений, представил геномы 240 чрезвычайно разнообразных и специализированных млекопитающих, представляющих около 80% семейств млекопитающих на планете.
Конечно, это число — верхушка айсберга, ведь сегодня на Земле насчитывается более 6000 видов млекопитающих. Коллекция, в которую вошли один слон, 43 примата, 53 грызуна и более 100 других видов, представляет менее 1% всех ныне живущих млекопитающих.
Тем не менее, представлены первые результаты этого эпического всемирного совместного проекта. в 11 исследованиях, опубликованных в журнале Science, и ожидается, что за ними последуют многие другие.
«Эти 11 работ — всего лишь пример того, какую науку можно провести с новыми генетическими данными», — сказала исследователь Бет Шапиро, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета (UC) в Санта-Круз. «Они показывают, насколько важны эти большие консорциумы и базовые наборы данных».
Среди исследований есть одно, в котором прослеживается эволюционная история знаменитого сибирского хаски Балто, который был частью команды спасателей на собачьих упряжках, доставивших антитоксин в отдаленный город на Аляске, пораженный дифтерией в 1925 году. Он был вдохновителем анимационного фильма 1995 года о с таким же названием, и теперь его можно увидеть в виде статуи в Центральном парке Нью-Йорка.
«Слава Балто и тот факт, что он был чучелом, дали нам прекрасную возможность 100 лет спустя увидеть, как генетически выглядела бы эта популяция ездовых собак, и сравнить его с современными собаками», — сказал первый автор. Кэтрин Мун, научный сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Круз.
В ходе исследования ученые смогли увидеть, что Балто принадлежал к маленьким, быстрым и спортивным ездовым собакам из Сибири и был более генетически разнообразным, чем современные породы, возможно, в результате эволюции произошли генетические вариации, чтобы адаптироваться к суровым условиям Аляски 1920-х годов.
«У Балто были варианты в генах, связанных с такими вещами, как вес, координация, формирование суставов и толщина кожи, чего и следовало ожидать от собаки, выведенной для бега в такой среде», – сказал Мун.
«Очень интересно наблюдать за эволюцией таких собак, как Балто, даже за последние 100 лет», — добавила она. «Популяция Балто отличалась от современных сибирских хаски, которые с тех пор были выведены по физическим стандартам, а также от современных рабочих ездовых собак Аляски».
Геномы 240 млекопитающих чрезвычайно разнообразны, от обычных от летучей мыши с изогнутыми крыльями, генетическая карта которых составляет немногим менее 2 миллиардов пар химических оснований, до кричащего волосатого броненосца с 5,3 миллиардами пар оснований. Люди находятся где-то посередине, их чуть более 3 миллиардов.
Сравнение такого количества видов позволило впервые всесторонне взглянуть на хронологию эволюции различных видов и то, как они специализировались для выживания, а также какие общие гены сохранились, что дало ученым ключ к пониманию их важности для существования млекопитающих.
В другом исследовании ведущие авторы, ученый Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) Меган Саппл и Арин Уайлдер из Альянса дикой природы зоопарков Сан-Диего использовали Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения, Международного союза охраны природы, чтобы ранжировать 240 млекопитающих, представленных в списке. проекта с точки зрения риска исчезновения. Затем они искали генетические подсказки, объясняющие их современный статус на планете, а затем быстро и недорого идентифицировали тех, кто подвергается наибольшему риску исчезновения.
«Мы знаем, что у нас никогда не будет достаточно долларов на сохранение, но, используя даже один геном, мы можем сортировать виды», — сказал соавтор Шапиро.
В другом месте, в другом исследовании совместная группа изучила более 10 000 участков генетического кода, обнаруженного у всех других млекопитающих, но не у людей, чтобы понять, почему мы являемся такой особенной породой.
«Часто мы думаем, что новые биологические функции должны требовать новых фрагментов ДНК, но эта работа показывает нам, что удаление генетического кода может привести к серьезным последствиям для черт, делающих нас уникальными как вид», – сказал старший автор Стивен Рейли, доцент. генетики в Йельской школе медицины.
Ученые обнаружили ключевые делеции рядом с генами, связанными с уникальными человеческими заболеваниями, включая шизофрению и биполярное расстройство. Понимание этих изменений открывает путь к лучшему пониманию болезней человека и, в свою очередь, к разработке новых целенаправленных методов лечения.
«[Такие исключения] могут изменить смысл инструкций о том, как сделать человека немного, помогая объяснить наш больший мозг и сложное познание», — сказал он. «Эти инструменты позволяют нам начать идентифицировать множество небольших молекулярных строительных блоков, которые делают нас уникальными как биологический вид».
В других работах ученые выделили части генома, связанные с несколькими чертами, такими как большой размер мозга, отличные обонятельные способности и успешное вхождение в спячку. В другом месте ученые нашли более конкретные доказательства того, что млекопитающие уже начали развиваться и диверсифицироваться до того, как около 65 миллионов лет назад на Землю упал уничтоживший динозавров астероид, и продолжали меняться после него, но гораздо более быстрыми темпами.
Исследователи надеются добавить больше геномов в набор данных Zoonomia, и в настоящее время в разработке находится проект генома позвоночных, в рамках которого ожидается генетическое картирование более 70 000 различных существ.
11 научных статей опубликованы в специальном выпуске журнала Science.
Чтобы узнать больше о том, как появился проект Zoonomia, посмотрите видео ниже:
Как исследователи из проекта Zoonomia изучают геномы 240 млекопитающих
