Причина медлительности крылась в ДНК: ленивцы оказались уникальным экспериментом природы

Международная группа исследователей проанализировала геном двухпалого ленивца (Choloepus didactylus) и сравнила его с геномами десятков других млекопитающих, в частности муравьедов и броненосцев. Учёные обратили внимание на элементы ДНК, называемые транспозонами, которые способны перемещаться или копироваться в различные участки генома, пишет Science Alert.

Исследователи обнаружили доказательства того, что эти генетические элементы оставались активными в родословной ленивцев на протяжении более 30 миллионов лет. Особое внимание привлекло то, что некоторые из этих последовательностей были связаны с митохондриями — структурами внутри клеток, ответственными за выработку энергии, — а также с генами, участвующими в метаболизме.

Генетик в области биоразнообразия Камила Маццони из Института исследований зоопарков и дикой природы имени Лейбница отметила: "Наши выводы свидетельствуют о том, что ленивцы, вероятно, развили генетические "резервные системы", которые помогают компенсировать их "неактивные митохондрии" и поддерживают их уникальный образ жизни".

По мнению исследователей, низкие энергетические потребности клеток ленивцев, вероятно, позволили со временем накапливаться мутациям в митохондриальной ДНК. "Прыгающие гены" могли помочь компенсировать эти изменения, создавая альтернативные генетические пути, поддерживающие нормальные биологические функции. Однако учёные подчеркнули, что для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные исследования.

Еще одним важным открытием стало то, что несколько из идентифицированных генетических последовательностей оставались практически неизменными на протяжении примерно 30 миллионов лет. Данные свидетельствуют о том, что эти последовательности впервые появились у общего предка современных ленивцев после их эволюционного отделения от муравьедов и броненосцев.

"Ленивцы обладают самым медленным метаболизмом среди всех млекопитающих, однако они остаются здоровыми", — отметила Маццони. "Понимание того, как им это удаётся, может открыть новые представления о том, как клетки эффективно распоряжаются энергией".

Митохондрии часто называют "электростанциями" клеток, поскольку они преобразуют питательные вещества в полезную энергию. Проблемы с этими структурами связаны с широким спектром заболеваний человека, в частности с диабетом, возрастными нарушениями, нейродегенеративными заболеваниями и потерей мышечной массы. Например, дисфункция митохондрий связывается с такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона, а на её течение также может влиять ожирение.

Молекулярный биолог Педро Галанте из Бразилии объяснил потенциальную ценность этих открытий. "Хотя необходимы дальнейшие исследования, клеточные линии ленивцев могут стать естественной моделью для понимания того, как организмы справляются с состояниями низкого энергопотребления и что именно идет не так во время заболевания", — сказал он.

Галанте добавил, что это исследование в конечном итоге может способствовать разработкам в таких областях, как консервация тканей, интенсивная терапия, старение, метаболические нарушения и даже длительные космические миссии.

Один из особенно интересных аспектов исследования касается рисков, связанных с "прыгающими генами". У людей изменения, вызванные транспозонами, иногда могут способствовать развитию таких заболеваний, как рак. Это делает очевидную способность ленивцев толерировать эти генетические элементы особенно примечательной и поднимает новые вопросы о том, как их клетки поддерживают стабильность.

Следующий этап исследований будет посвящён изучению того, как эти генетические последовательности влияют на митохондрии и метаболизм. Определив их биологические функции, учёные надеются лучше понять, как ленивцы сохраняют здоровье, несмотря на чрезвычайно низкие энергетические потребности.

Как отметила биоинформатик Марсела Улиано-Сильва из Института Веллкома-Сангера: "Эволюция уже провела миллиарды экспериментов. Изучая необычных животных, таких как ленивцы, мы иногда открываем биологические решения, к которым люди никогда не эволюционировали".

Понимание этих генетических адаптаций может открыть новые способы защиты клеток, улучшить методы лечения метаболических нарушений и углубить научные знания о том, как жизнь приспосабливается к экстремальным биологическим условиям.

Другие новости науки

• Учёные обнаружили, что стресс может изменить то, как шмели воспринимают окружающий мир. Кратковременный стресс изменяет зрительную систему насекомых таким образом, что это может помочь им быстрее реагировать в случае опасности.
• Исследователи объяснили, почему кофе и чай оказывают разное воздействие, несмотря на наличие кофеина в обоих напитках. Оказалось, что дело в аминокислотах.