Питонът и кобрата разкриват генетичните тайни на змиите
Тигровият питон и кралската кобра стават първите змии, чиито целият геном се чете. Това даде възможност не само да се разгледат техните специфични генетични особености, но и да се оцени грубо скоростта и естеството на генетичната еволюция на тази група влечуги в сравнение с други гръбначни животни.
Зоолозите отдавна използват постиженията на молекулярната биология за свои цели. Например, много по-лесно е да се прецени връзката и еволюционните взаимоотношения между групи животни, имайки геномната последователност в ръка. Но в този смисъл различните животни имат късмет по различен начин - учените са достигнали до ръцете на змиите едва сега. Две големи изследователски групи наведнъж публикуваха резултатите от анализа на целия геном на кралската кобра и тигровия питон. Тези видове са първите змии, чиято ДНК е напълно секвенирана.
Разбира се, изследователите са направили това с причина, но за да разберат как много особеният външен вид и начин на живот, които водят тези влечуги, се отразяват на генно ниво. С помощта на генетичен анализ можете не само да разберете какви молекулярни механизми стоят зад тази или онази особеност на змиите, но и как тези същества, както се казва, са достигнали до такъв живот, тоест какви еволюционни промени са настъпили с тях.
Тод Кастоу от Тексаския университет в Остин (САЩ) и неговите колеги изучаваха тъмния тигрови питон, който живее в Югоизточна Азия и наскоро се превърна в инвазивен вид в южните щати на САЩ. Изследователите не само чели ДНК-то му, но и сравнявали активността на гените на питона в сърцето, черния дроб, бъбреците и тънките черва преди хранене и след – един ден и четири дни след лакомството.
В списанието PNAS зоолозите съобщават, че промените в активността на гена на питона са били изненадващо големи: храната, при която буквално половината от гените работят по различен начин, и тези промени са настъпили в рамките на 48 часа. В резултат на това метаболизмът на питона се ускорява 40 пъти, а вътрешните му органи (черва, бъбреци и черен дроб) се удвояват за три дни.
Що се отнася до кобрата, която Никълъс Кесуел от университета Бангор (Великобритания) изучава заедно с колеги, тук учените се интересуваха преди всичко от отровността на змията, способността й да създава отровна смес от 73 пептида и протеини. Както пишат авторите в същия PNAS, 20 семейства гени участват в производството на отрова в кобри и, любопитно, тези гени, които работят в отровни жлези, имат близнаци в други части на тялото на влечугото. В хода на еволюцията "отровните" гени получават допълнителни копия и често повече от едно и тези копия могат да мутират, което допълнително усложнява отровата.
В хода на еволюцията отровните змии са принудени непрекъснато да подобряват отровата си, тъй като жертвите им едновременно стават по-устойчиви на токсините, с които ги тровят влечугите. Животът на змията буквално зависи от отровата, тъй като тя не може да противопостави нищо освен нея на врага и е ясно защо толкова мащабни генетични ресурси са отделени за тези цели.
Изследователи от двете групи се опитаха едновременно да сравнят геномите на питона и кобрата, както и да сравнят резултата с ДНК на други гръбначни животни, включително ДНК на единствения отровен бозайник, птицечовката.
За това са избрани около седем и половина хиляди гена от двете змии, които присъстват в геномите им в едно копие. Както се очакваше, генетичните промени в змиите протичаха с огромна скорост, далеч надвишаваща тази при другите животни. В допълнение, броят на генетичните модификации в змиите също беше много по-голям. Което е разбираемо: формата на тялото, начинът на живот и т.н. на змиите са толкова необичайни, че е било невъзможно без мащабни генетични промени, без силни пренареждания, които да им позволят да се адаптират към избраната ниша.
В същото време учените отбелязват, че много промени са били не толкова в начина на управление на съществуващите гени, а в появата на нови. Смята се, че основният молекулярно средство на еволюцията е реконфигурирането на генната регулация, въвеждането на промени в регулаторните региони, но не и появата на нови кодиращи блокове. Въпреки това, змиите, очевидно, в този смисъл се оказват някакво изключение - поради тенденцията на техния геном да умножава копия на гени, които по-късно могат да се променят, както искат.
Вероятно обаче е твърде рано да се правят някакви особено мащабни заключения за еволюцията на змиите въз основа само на два генома и затова самите изследователи предлагат да се изчака появата на още десет змийски генома, които трябва да бъдат проучени в следващите два години.
Кирил Стасевич
