У этих животные чрезвычайно медленный метаболизм
Ленивцы — самые медлительные млекопитающие на планете, но из-за того, что они обитают в густых джунглях, изучать их крайне сложно. Теперь ученые впервые секвенировали и проанализировали геном двупалого ленивца и выяснили, какие генетические особенности лежат в основе его крайне медленного метаболизма.
Результаты исследования, опубликованные в BMC Biology, помогают понять генетические основы необычной биологии ленивцев и могут стать основой для новых исследований в области метаболизма и старения у других млекопитающих, в том числе у человека.
Как эволюционировали ленивцы
Ленивцы, наряду с броненосцами и муравьедами, относятся к неполнозубым — единственной группе плацентарных млекопитающих, возникшей в Южной Америке. Неполнозубые существуют уже 65,5 миллиона лет, и среди их вымерших предков были гигантские наземные ленивцы размером со слона. Современные ленивцы живут на деревьях и делятся на две группы: двупалые и трехпалые.
Ленивцы — самые медлительные из всех млекопитающих. Большую часть времени они проводят на деревьях, где висят неподвижно, сливаясь с окружающей средой, а когда перемещаются между ветвями, чтобы полакомиться листьями и плодами, делают это очень медленно. У ленивцев самый низкий метаболизм среди млекопитающих — зачастую он составляет менее половины от ожидаемого для их размера тела.
Чтобы экономить энергию, они могут переключаться между режимами саморегуляции температуры тела и подстраиваться под температуру окружающей среды, поддерживая ее на уровне около 5°C. Несмотря на медлительность, они удивительно хорошо плавают и иногда преодолевают большие расстояния в поисках партнера.
Секвенирование генома ленивцев
Чтобы глубже изучить необычную биологию ленивцев, ученые из Института зоологии позвоночных, Института Сенгера и их коллеги решили изучить их геном. Используя образцы тканей ленивца, содержащегося в неволе, команда выделила ДНК, которую затем секвенировали в Институте молекулярной клеточной биологии и генетики общества Макса Планка в Германии.
Затем исследователи расшифровали геном ленивца и сравнили его с геномами других млекопитающих, включая муравьедов и броненосцев. Анализ показал, что в ДНК ленивцев сохранилось несколько активных мобильных генетических элементов — так называемых транспозонов, или «прыгающих генов». Эти участки ДНК способны копировать себя и перемещаться по геному, изменяя свое положение.
У человека транспозоны тоже встречаются, однако большинство из них давно утратили активность и существуют лишь в виде старых фрагментов генетического материала. Активные же транспозоны могут вызывать перестройки в хромосомах, которые у людей иногда связаны с развитием некоторых видов рака.
Гены, связанные с метаболизмом
Анализ генома помог ученым проследить эволюционную историю ленивцев. Исследователи обнаружили, что эти «прыгающие гены» появились у последнего общего предка всех современных видов ленивцев около 30 миллионов лет назад. С тех пор эти гены сохранились, превратившись в уникальные генетические последовательности ленивцев.
Ученые с удивлением обнаружили, что многие из этих генов связаны с митохондриями — «энергетическими станциями» клеток, которые вырабатывают энергию, — и метаболическими путями. Поскольку у ленивцев один из самых уникальных метаболизмов среди млекопитающих, исследователи полагают, что эти характерные для ленивцев гены связаны с их необычной адаптацией к окружающей среде и эволюцией крайне медленного метаболизма.
Следующим шагом для команды станет более детальное изучение этих генов в клеточных линиях с помощью лабораторных экспериментов и секвенирования отдельных клеток для подтверждения их функций. Ученые предполагают, что клеточные линии ленивцев могут стать очень хорошей моделью для изучения связанных с метаболизмом и возрастных заболеваний у млекопитающих, в том числе у человека.
«Многие заболевания человека, в том числе диабет, возрастные нарушения, нейродегенерация и атрофия мышц, связаны с проблемами выработки энергии и функционирования митохондрий. Несмотря на то, что необходимы дальнейшие исследования, клеточные линии ленивцев могут стать удобной моделью для изучения того, как организмы справляются с состоянием пониженной активности и что происходит при развитии заболеваний», — сказали ученые.
Несколько лет назад мы рассказывали историю самого старого в мире ленивца Яна. Как он жил, читайте в тексте.