Австралийский утконос, похожий на бобра и утконоса, который часто считается самым странным млекопитающим в мире, демонстрирует множество странных характеристик: он откладывает яйца вместо того, чтобы рожать живых детей, потеет с молоком, имеет ядовитые шпоры и даже оснащен 10 половыми хромосомами. Теперь международная группа исследователей во главе с Копенгагенским университетом провела уникальное картирование генома утконоса и нашла ответы относительно происхождения некоторых из его странных особенностей.
Он откладывает яйца,он беззубый, с ядовитой шпорой, перепончатыми лапками, светящимся мехом и 10 половыми хромосомами. С тех пор, как европейцы обнаружили утконоса в Австралии в конце 1700-х годов, это причудливое полуводное существо с утиным клювом сбило с толку ученых.
Современные исследователи все еще пытаются понять, как утконос, который часто считается самым необычным млекопитающим в мире, стал таким уникальным. Их понимание сейчас в значительной степени продвинулось. Впервые международная группа исследователей под руководством биологов Копенгагенского университета картировала полный геном утконоса. Исследование опубликовано в научном журнале Nature .
«Полный геном дал нам ответы на вопрос, как возникли некоторые из причудливых особенностей утконоса. В то же время расшифровка генома утконоса важна для улучшения нашего понимания того, как развивались другие млекопитающие, включая нас, людей. является ключом к объяснению того, почему мы и другие млекопитающие-эутерии превратились в животных, которые рождают живых детенышей, а не откладывают яйца », - объясняет профессор Гоцзе Чжан с кафедры биологии.
Утконос принадлежит к древней группе млекопитающих - монотремам, которая существовала за миллионы лет до появления любого современного млекопитающего.
"Действительно, утконос принадлежит к классу млекопитающих. Но генетически это смесь млекопитающих, птиц и рептилий. Он сохранил многие оригинальные черты своих предков, которые, вероятно, способствуют его успешной адаптации к среде, в которой они живут. в ", - говорит профессор Чжан.
Откладывает яйца, потеет молоком и не имеет зубов
Одной из самых необычных характеристик утконоса является то, что, хотя он откладывает яйца, у него также есть молочные железы, которые используются для кормления своих детей не через соски, а с помощью молока - пота его тела.
В ходе нашей собственной эволюции мы, люди, потеряли все три так называемых гена вителлогенина, каждый из которых важен для производства яичных желтков. С другой стороны, куры продолжают есть все три. Исследование показывает, что утконосы все еще несут один из этих трех генов вителлогенина, несмотря на то, что они потеряли два других примерно 130 миллионов лет назад. Утконос продолжает откладывать яйца благодаря одному оставшемуся гену. Вероятно, это связано с тем, что он не так зависит от образования белков желтка, как птицы и рептилии, поскольку утконосы производят молоко для своих детенышей.
У всех других млекопитающих гены вителлогенина были заменены генами казеина, которые отвечают за нашу способность продуцировать казеиновый белок, основной компонент молока млекопитающих. Новое исследование демонстрирует, что утконос также несет гены казеина, и, таким образом, его молоко по составу очень похоже на коровье, человека и других млекопитающих.
«Он сообщает нам, что производство молока у всех существующих видов млекопитающих развивалось с помощью одного и того же набора генов, полученных от общего предка, который жил более 170 миллионов лет назад - наряду с ранними динозаврами в юрский период», - говорит Гоцзе Чжан.
Еще одна особенность, которая делает утконоса настолько уникальным, заключается в том, что в отличие от подавляющего большинства млекопитающих он беззубый. Хотя ближайшие предки этого монотремы были зубастыми, современный утконос оснащен двумя роговыми пластинами, которые используются для размалывания пищи. Исследование показывает, что утконос потерял зубы примерно 120 миллионов лет назад, когда исчезли четыре из восьми генов, ответственных за развитие зубов.
Единственное животное с 10 половыми хромосомами
Еще одна странность утконоса, исследованная исследователями, заключалась в том, как определяется их пол. И у человека, и у любого другого млекопитающего на Земле есть две половые хромосомы, определяющие пол - хромосомная система X и Y, в которой XX - это женщина, а XY - мужчина. Однако у монотремов, включая наших друзей-утоклюв из Даун-Андерса, 10 половых хромосом с пятью Y и пятью X-хромосомами.
Благодаря почти завершенным геномам на хромосомном уровне, исследователи теперь могут предположить, что эти 10 половых хромосом у предков монотрем были организованы в кольцевую форму, которая позже была разорвана на множество мелких частей X- и Y-хромосом. В то же время картирование генома показывает, что большинство монотремных половых хромосом имеют больше общего с цыплятами, чем с людьми. Но то, что он показывает, - это эволюционная связь между млекопитающими и птицами.
Факты об утконосе
- Утконос является эндемиком восточной Австралии и Тасмании. Это охраняемый вид, классифицируемый МСОП как находящийся под угрозой исчезновения.
- Среди причин, по которым утконосы считаются млекопитающими: у них есть молочные железы, растут волосы и три кости в среднем ухе. Каждая черта помогает определить млекопитающее.
- Утконос принадлежит к отряду монотрем млекопитающих, названному так потому, что монотремы используют единственное отверстие для мочеиспускания, дефекации и полового размножения.
- Животное прекрасно плавает и большую часть времени проводит в реках, охотясь на насекомых и моллюсков.
- Его характерный клюв наполнен электрическими датчиками, которые используются для обнаружения добычи в илистых руслах рек.
- У самца-утконоса есть ядовитая шпора позади каждой из задних ног. Яд достаточно ядовит, чтобы убить собаку, и используется, когда самцы сражаются за территорию.
- Другое исследование 2020 года показало, что мех утконоса флуоресцентный. Коричневый мех животного отражает сине-зеленый цвет при воздействии ультрафиолета.
Об исследовании
- Усовершенствованная технология секвенирования генов, сочетающая в себе многочисленные передовые методы, позволила исследовательской группе нанести на карту почти полный геном на хромосомном уровне как утконоса, так и его двоюродной сестры, ехидны - единственных двух ныне живущих видов монотремных животных. Данные о генах заполняют 90 процентов пробелов в предыдущих генетических картах. Сейчас более 96% последовательностей генома помещены в хромосомы.
- Исследователи сравнили монотремные гены и геномы кур, людей, крыс, тасманских дьяволов и ящериц.
