Πώς εξελίχθηκαν οι φάλαινες και τα δελφίνια για τη ζωή στη θάλασσα
Μια νέα μελέτη δείχνει ότι τα γονιδιώματα των κητωδών, που περιλαμβάνουν δελφίνια και φάλαινες, έχουν αλλάξει με σημαντικούς τρόπους για να επιτρέψουν σε αυτά τα ζώα να μεταβούν από τα χερσαία σε υδρόβια περιβάλλοντα.
Αν και τα κητοειδή, όπως τα δελφίνια και οι φάλαινες, μοιάζουν με ψάρια και - όπως και τα ψάρια - ζουν σε υδάτινα περιβάλλοντα, στην πραγματικότητα είναι υδρόβια θηλαστικά.
Επομένως, είναι, με πολλούς τρόπους, πιο κοντά στα σπονδυλωτά που κατοικούν στη γη που γεννούν ζωντανούς νέους και στη συνέχεια τα θηλάζουν.
Οι ερευνητές γνωρίζουν τώρα ότι τα κητοειδή εξελίχθηκαν από τους προγόνους των κατοίκων της γης πριν από 52,5 εκατομμύρια χρόνια, μεταβαίνοντας σε μια ζωή στη θάλασσα.
Για αυτήν τη δραστική αλλαγή, αυτή η ομάδα θηλαστικών προσαρμόστηκε αργά με την πάροδο του χρόνου, εξελίσσοντας διαφορετικά βιολογικά χαρακτηριστικά που ταιριάζουν με τις απαιτήσεις της υποβρύχιας ζωής.
Ενώ ορισμένα - συμπεριλαμβανομένων των πτερυγίων, των βατραχοπέδιλων και ενός υδατοδυναμικού σχήματος αμαξώματος - είναι ευδιάκριτα, άλλες προσαρμογές είναι πιο λεπτές αλλά όχι λιγότερο σημαντικές.
Τώρα, μια μελέτη από δύο Ινστιτούτα Max Planck στη Δρέσδη της Γερμανίας, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Riverside και το Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στη Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, δείχνει πώς εξελίχθηκε το γενετικό μακιγιάζ των κητοειδών για να τους επιτρέψει να ζήσουν στον ωκεανό .
Στο ερευνητικό έγγραφο, το οποίο εμφανίζεται στο περιοδικό Επιστήμη προχωρά, οι συγγραφείς εξηγούν ότι αυτή η μετάβαση ήταν εν μέρει δυνατή επειδή συγκεκριμένα γονίδια έχουν καταστεί ανενεργά στα δελφίνια, τις φάλαινες και άλλα κητοειδή κατά τη διάρκεια των χιλιετιών.
85 «χαμένα γονίδια» μπορεί να έχουν διευκολύνει τη ζωή στη θάλασσα
Ο κύριος συγγραφέας Matthias Huelsmann και οι συνάδελφοί του ενδιαφέρθηκαν να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα γονιδιώματα των κητωδών είχαν προσαρμοστεί για να τους επιτρέψουν να αναπτυχθούν υποβρύχια.
Για να το κάνουν αυτό, «χτένισαν» 19.769 γονίδια σε 62 διαφορετικά είδη θηλαστικών - συμπεριλαμβανομένων, όπως εξηγούν στο έγγραφο μελέτης τους, «τέσσερα κητοειδή, δύο καρφίτσες [ένα clade που περιλαμβάνει φώκιες και ίππους], ένα μανάτη και 55 επίγεια θηλαστικά "- αναζήτηση γονιδίων που είχαν καταστεί ανενεργά μετά την εξέλιξη των κητωδών από τους προγόνους τους που κατοικούσαν στη γη.
«Για να εντοπίσουμε με ακρίβεια τα γονίδια που απενεργοποιήθηκαν κατά τη μετάβαση από τη γη στο νερό στη γενεαλογική καταγωγή των κητωδών, χρησιμοποιήσαμε το πρόσφατα ακολουθούμενο γονιδίωμα του κοινού ιπποπόταμου, ένα ημι-υδρόβιο θηλαστικό που […] είναι το πλησιέστερο ζωντανό σε σχέση με τα κητοειδή και θεωρούσαν μόνο γονίδια χωρίς ανιχνευμένες αδρανοποιημένες μεταλλάξεις στον ιπποπόταμο », εξηγούν οι συγγραφείς της μελέτης.
Έτσι, η ομάδα κατάφερε να εντοπίσει 85 "χαμένα γονίδια". Ενώ η προηγούμενη έρευνα είχε ήδη εντοπίσει μερικά από αυτά, 62 (ισοδύναμα με 73%) ήταν νέες ανακαλύψεις.
Ένα από τα αδρανοποιημένα γονίδια, εξηγούν οι ερευνητές, παίζει ρόλο στην έκκριση του σάλιου. Ενώ το σάλιο βοηθά τα κατοικίδια θηλαστικά να λιπαίνουν και να μαλακώσουν τα τρόφιμα, καθώς και να ξεκινήσουν την πεπτική διαδικασία μέσω συγκεκριμένων ενζύμων, έγινε περιττό για τα υδρόβια θηλαστικά επειδή το νερό μπορεί να εκτελέσει αυτές τις «δουλειές».
Δύο άλλα γονίδια που «χάθηκαν» ήταν απαραίτητα για το σχηματισμό θρόμβων αίματος. Ωστόσο, η απενεργοποίησή τους είναι πιθανό να επέτρεψε την ανάπτυξη άλλων μηχανισμών στεγανοποίησης πληγών που ήταν πιο χρήσιμοι για την υδρόβια ζωή.
Μια άλλη βασική απώλεια ήταν αυτή ορισμένων γονιδίων που εμπλέκονται στη λειτουργία των πνευμόνων. Το νέο γενετικό μακιγιάζ επιτρέπει στους πνεύμονες των κητοειδών να καταρρεύσουν όταν βουτούν βαθιά στη θάλασσα.
«Ενώ η κατάρρευση των πνευμόνων θα αποτελούσε σοβαρό κλινικό πρόβλημα για τον άνθρωπο, χρησιμεύει για τη μείωση τόσο της πλευστότητας όσο και του κινδύνου ανάπτυξης ασθένειας αποσυμπίεσης στα κητοειδή», εξηγούν οι Huelsmann και συνεργάτες.
Τα κητοειδή, επίσης, έχασαν όλα τα γονίδια που επιτρέπουν στα θηλαστικά να συνθέσουν μελατονίνη, μια ορμόνη που βοηθά στη ρύθμιση των κύκλων ύπνου και αφύπνισης.
Σε αυτά τα θηλαστικά που κατοικούν στο νερό, αυτή η απώλεια μπορεί να έχει οδηγήσει στην εξέλιξη ενός διαφορετικού τύπου ύπνου που ονομάζεται μη ημισφαιρικός ύπνος. Σε αυτή τη μορφή ύπνου, μόνο το ήμισυ του εγκεφάλου στηρίζεται ενώ το άλλο μισό παραμένει σε εγρήγορση. Αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει στα κητοειδή να κολυμπούν στην επιφάνεια ή να παράγουν περισσότερη θερμότητα εάν είναι απαραίτητο.
Όλες αυτές οι προσαρμογές, υποστηρίζουν οι ερευνητές, μπορεί να βοήθησαν τις φάλαινες, τα δελφίνια και παρόμοια υδρόβια θηλαστικά να αρχίσουν να ζουν περισσότερο σαν ψάρια.
"[Τα] ευρήματά μας δείχνουν ότι οι απώλειες γονιδίων στα κητοειδή δεν σχετίζονται μόνο με υδρόβιες εξειδικεύσεις, αλλά θα μπορούσαν να είχαν εμπλακεί στην προσαρμογή σε ένα πλήρως υδάτινο περιβάλλον", καταλήγουν οι ερευνητές.
