Тёмное прошлое млекопитающих: как динозавры изменили ДНК наших предков

Бактерии, грибы, растения и многие животные наделены очень полезной системой восстановления ДНК. Речь идёт о механизме починки повреждений, порождаемых воздействием ультрафиолетового излучения. Такой "ремонт" называется фотореактивацией и происходит за счёт энергии видимого света, а отвечают за него определённые гены.

Однако плацентарные млекопитающие, к которым относится 94% видов этого класса, в том числе и люди, не имеют природных "инструментов" для починки подобных повреждений.

Но, как показала новая работа международной команды учёных, эту утрату разделили с плацентарными слепые пещерные рыбки вида Phreatichthys andruzzii, обитающие в Сомали. И это открытие поддерживает так называемую гипотезу ночного бутылочного горлышка (nocturnal bottleneck hypothesis).

Поясним, что понятие "бутылочное горлышко" в основном используется в технических науках для обозначения какого-либо ограничивающего фактора (горлышко — самое узкое место в бутылке, но без его преодоления невозможно попасть в сосуд). Эволюционисты, по аналогии, используют это понятие для объяснения некоторых отличительных признаков млекопитающих.

Согласно этой концепции, описанной ещё в 1942 году, плацентарные были в основном (или даже исключительно) ночными животными с самого их появления (около 225 миллионов лет назад) и до гибели динозавров (примерно 66 миллионов лет назад). Впоследствии некоторые группы "вышли из сумрака", другие же предпочли оставаться активными именно в ночное время суток.

Специалисты отмечают, что в период господства динозавров это была единственно возможная стратегия выживания: "дневные" животные непременно стали бы обедом для хищных видов.

Именно поэтому сегодня плацентарные млекопитающие лишены древнего механизма фотореактивации: они попросту не видели солнца, и эволюция лишила их полезной системы.

Вот почему тот факт, что у животного, не относящегося к млекопитающим, также отсутствует подобный механизм, заинтересовал исследователей.

По словам соавтора работы зоолога Николаса Фулкса (Nicholas Foulkes) из Технологического института Карлсруэ в Германии, отсутствие высококонсервативной ДНК у представителей вида P. andruzzii позволяет изучить ранние этапы эволюции млекопитающих, происходившие в мезозойскую эру.

Учёные полагают, что слепая пещерная рыба может стать идеальным модельным организмом для анализа развития древних животных, обитавших в экстремальных условиях. Как и первые плацентарные млекопитающие, эти рыбки не подвергаются воздействию солнечных лучей, причём ведут такой образ жизни на протяжении уже как минимум трёх миллионов лет.

Подробнее исследовав генетику P. andruzzii, авторы работы обнаружили, что эти рыбы имеют мутации, которые нарушают работу генов, необходимых для восстановления ДНК. Кроме того, у них отсутствует энхансер – небольшой участок ДНК, который координирует и улучшает восстановление повреждений, вызванных солнечным светом.

Когда специалисты подвергали эмбрионы P. andruzzii воздействию ультрафиолетового излучения, они умирали быстрее, чем эмбрионы рыбок данио-рерио из того же семейства карповых. Учёные также подвергали воздействию УФ-лучей культуры клеток рыб. Клетки сомалийского эндемика погибли, а вот клетки данио-рерио сумели восстановиться после повреждений, пишет National Geographic.

Любопытно, что у других видов пещерных рыб, которые приспособились к жизни без дневного света по эволюционным меркам относительно недавно, системы починки ДНК функционируют нормально и даже со временем улучшаются.

По мнению авторов работы, их данные подтверждают гипотезу ночного бутылочного горлышка, согласно которой сотни и десятки миллионов лет назад млекопитающие обитали в темноте.

"Многие особенности современных млекопитающих, такие как анатомия и зрительные функции, демонстрируют черты, характерные для ночного образа жизни. Это означает, что теперь мы можем более уверенно говорить о том, что предки млекопитающих долгое время в ходе эволюции находились в темноте", — добавляет Николас Фулкс.

Его команда намерена продолжить изучение этой системы восстановления ДНК у других пещерных рыб. Также учёным интересно исследовать связи между циркадными ритмами и механизмами починки ДНК.

Они полагают, что полученные в будущем знания могут пригодиться в медицине: негативные последствия чрезмерного воздействия ультрафиолетаявляются большой проблемой для человечества.

"Чем больше мы узнаем о том, как формируется активность этих механизмов [починки ДНК], тем скорее мы сможем применить это знание в медицинском контексте. Но мы не совсем понимаем, какие компоненты механизмов ремонта, которые защищают нас от опасного воздействия солнечного света, были конкретными мишенями эволюции. Они могут быть важными маркерами и возможными целями терапевтических подходов к лечению УФ-повреждений", — заключает Фулкс.

Более подробно об этом исследовании рассказывается в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Кстати, авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали, что в медицинских исследованиях учёным помогает ещё одна слепая пещерная рыба, которая прославилась обжорством и "инсулиновой" мутацией.