Колибри — маленькие птички, которые способны к «зависающему» полету, когда крыло делает до 80 взмахов в секунду, и питаются нектаром растений. На такой полет тратится очень много энергии — и наконец в статье, опубликованной в Science, удалось выяснить, каким образом колибри к этому образу жизни приспособились. Если кратко — дело в гене FBP2 и некоторых других, а если подробнее и с экспериментами с клеточными линиями, филогенетическими и эволюционными исследованиями — читайте в нашей небольшой заметке!
А еще мы задали вопросы (о статье, науке и жизни в науке) первому автору статьи, Екатерине Осиповой!
Колибри — это маленькие птички, обитающие в Северной и Южной Америке, которые размером достигают от 7 до 13 сантиметров, а весят они всего от 2,5 до 7 грамм (!). Колибри обитают преимущественно в тропических лесах, причем многие виды — эндемики, то есть распространены только на небольшом местообитании. И больше их нигде, кроме этого местообитания, не встретить. Колибри известны своим длинным клювом, приспособленным к питанию нектаром цветов, как хоботок у бабочек. А еще колибри известны своим полетом, когда они будто бы зависают в воздухе, а вдобавок могут двигаться в сторону и даже назад. И эти два пункта — питание нектаром и полет — как оказалось, очень даже связаны между собой!
Сначала авторы статьи отсеквенировали геном колибри Phaethornis superciliosus и собрали его до уровня хромосом. Почему геном именно этого вида? Потому что вид принадлежит кладе, самой первой отделившейся от общего предка всех колибри. Геномы представителей этой клады ранее не были известны, а они были важны для эволюционного анализа — в данном случае, определения, что же отличает всех колибри от других не-колибри. Поэтому далее геномы всех колибри сравнили с геномами других птиц, среди которых были курица, канарейка, дятел, киви, голубь и другие.
Рисунок 1. Колибри Phaethornis superciliosus, геном которой был отсеквенирован в обсуждаемой статье, сидит на веточке.
Выяснилось, что ген FBP2, кодирующий фермент, участвующий в глюконеогенезе, у всех колибри отсутствует. Что это означает, учитывая, что у других птиц он присутствует? А то, что у колибри он был в процессе эволюции вида потерян! И, как показали филогенетические исследования, ген отсутствовал уже у общего предка всех ныне живущих колибри (а если говорить точнее — то общего предка всех колибри, геномы которых известны и были проанализированы в обсуждаемом исследовании).
Кроме того, время потери гена — примерно 34–46 миллионов лет назад — совпадало с предполагаемым временем, когда предки колибри начали питаться нектаром и изменили свой полет в сторону «зависающего». И потеря гена могла быть потенциально адаптивной. Поэтому в исследовании стали разбираться в молекулярных механизмах данной потенциальной адаптации.
Нашего читателя может заинтересовать вопрос «А что такое, в данном случае, потеря гена?». Отвечаем — в случае FBP2, это нонсенс-мутации, изменения в регуляции и потеря экспрессии.
Рисунок 2. Мутации, инактивирующие ген FBP2 в разных видах колибри (отмечены красным цветом), по сравнению с не-колибри (здесь это курица и дымчатый иглохвост). Черными вертикальными линиями обозначены и подписаны кодоны для нонсенс-мутаций, красным цветом обозначены инсерции и делеции (числа), сдвигающие рамку считывания, и мутации сайтов сплайсинга (крест). Показаны экзоны гена по порядку, от первого до седьмого.
В эксперименте на клеточных линиях миобластов перепелов удалось показать, что инактивация гена FBP2 приводит к усилению метаболизма сахаров, клеточного дыхания и к увеличению числа митохондрий. Всё это как раз наблюдается у колибри и, вероятно, потеря FBP2 позволяет им быстрее и эффективнее получать энергию из сахаров и, как следствие, влияет на их возможность к «зависающему» полету.
Кроме того, были найдены и несколько других генов, таких как SLC2A13, PFKP, ALDOB, PDHA2, PDHB, ENO1, участвующих в метаболизме сахаров, и которые оказались под воздействием положительного отбора у предка колибри. Где-то — потеря гена, то есть его псевдогенизация, а где-то — мутация не такого масштаба, а просто обычные аминокислотные замены. По всей вероятности, они тоже влияют на приспособленность к своеобразному полету и питанию нектаром, но их влияние на метаболизм колибри еще только предстоит изучать. Будем следить за развитием событий!
Больше Биомолекула рассказывает о биологии и медицине — сейчас у нас на сайте несколько тысяч статей. Если вам нравится наш сайт и вы хотите, чтобы он дальше работал, поддержите нас, пожалуйста, посильной суммой — разово или ежемесячно. Ежемесячные платежи предпочтительнее 😀
