От Робърт Сандърс, Връзки с медиите | 16 май 2018 г. 18 май 2018 г.

нашите

Спектрален тарсиер (Tarsius tarsier), хранещ се с скакалец в националния парк Tangkoko, Северно Сулавеси, Индонезия. Tarsiers имат пет хитиназни гена, за да усвоят голямото количество хитин в тяхната насекомоядна диета, което вероятно представлява състоянието на предците на всички плацентарни животни, включително хората. (Снимка авторско право Куентин Мартинес)

Хората, които се застъпват за добавяне на насекоми към човешката диета, може да насочват своите далечни предци.

Въз основа на анализ на геномите на 107 различни вида бозайници, Калифорнийски университет, Бъркли, учените заключават, че нашите далечни предци - малките, космати същества, които са се извивали около краката на динозаврите преди 66 милиона години - са били предимно ядящи насекоми.

Учените стигнаха до извода, че гените на ензимите, които са позволили на тези ранни предци на всички бозайници да усвояват насекомите, все още се мотаят в почти всички геноми на бозайници днес. Дори животни като тигри и тюлени, които никога не биха докоснали насекомо, имат нефункционални части от тези гени, които седят в хромозомите си, предавайки диетата на древните си предци.

„Едно от най-страхотните неща е, ако погледнете хората, кучето Фидо, котката му, конят, кравата ви; изберете всяко животно, най-общо казано, те имат останки в геномите си от времето, когато бозайниците са били дребни, вероятно насекомоядни и са се разхождали, когато динозаврите все още са се разхождали по Земята “, каза постдокторантът Кристофър Емърлинг. „Това е подпис във вашия геном, който казва, че някога не сте били доминиращата група организми на Земята. Разглеждайки геномите си, ние гледаме това минало на предците и начин на живот, с който дори вече не живеем. "

Генетичните доказателства независимо потвърждават заключенията, до които са стигнали палеонтолозите преди години въз основа на формите на вкаменелости и зъби от ранни бозайници.

„По същество ние разглеждаме геномите и те разказват същата история като вкаменелостите: че мислим, че тези животни са били насекомоядни и след това динозаврите са изчезнали. След смъртта на тези големи месоядни и растителноядни влечуги бозайниците започнаха да променят диетата си “, каза той.

Подробна художествена реконструкция на прародител на плацентарен бозайник, живял през епохата на динозаврите преди 66 милиона години, показващ зъби, адаптирани за улавяне и хранене на насекоми. (С любезното съдействие на Карл Буел)

Откритието може да хвърли светлина върху други роли, изпълнявани от тези ензими, наречени хитинази, които се намират не само в червата, но слюнчените жлези, панкреаса и белите дробове, където те могат да участват в астма.

Емерлинг и колегите му Майкъл Нахман, професор по интегративна биология и директор на Музея на зоологията на гръбначните животни в Университета в Бъркли, и Фредерик Делсук от Френския национален център за научни изследвания (CNRS) и Университета на Монпелие във Франция, ще докладват своите открития на 16 май онлайн в списанието Science Advances. Понастоящем Emerling е стипендиант на PRESTIGE & Marie Curie в Монпелие, работещ по проекта ConvergeAnt.

Разрушаване на екзоскелетите на насекомите

Много бактерии имат гени, които произвеждат ензим, който разгражда твърдите външни черупки на насекомите, които са съставени от жилав въглехидрат, наречен хитин. Не е изненадващо, че хората и мишките имат хитиназен ген, тъй като много хора днес включват насекоми в диетата си, както и мишките.

Индонезийски спектрален естрад в смокиня, жуеща на скакалец. (Снимка авторско право Куентин Мартинес)

Но хората всъщност имат останки от три други хитиназни гени в своя геном, макар че нито един от тях не е функционален. Emerling показа, че тези генни остатъци при хората не са уникални за хората или приматите, а вместо това могат да бъдат проследени до прародителите плацентарни бозайници.

Като цяло той и колегите му откриха пет различни хизиназни ензимни гени, като разгледаха геномите на най-голямата група бозайници, тези, които имат плаценти, които позволяват по-дълго развитие в утробата, което изключва торбести като опосуми и монотреми за снасяне на яйца като платипа . Тези плацентарни бозайници варират от землеройки и мишки до слонове и китове.

Те открили, че колкото по-голям е процентът на насекомите в диетата на животното, толкова повече гени за хитиназа има.

„Единствените видове, които имат пет хитинази днес, са силно насекомоядни, тоест 80 до 100 процента от диетата им се състоят от насекоми. Тъй като най-ранните плацентарни бозайници вероятно са имали пет хитинази, ние смятаме, че това дава силен аргумент, че те са били силно насекомоядни “, каза Емерлинг.

Както бихте очаквали, специалистите по мравки и термити като aardvarks и някои броненосци имат пет функциониращи хитиназни гени. Но така правят и приматите, обичащи насекомите, наречени tarsiers. Изглежда те са единствените примати, които имат толкова много функционални хитиназни гени, каза Емерлинг.

Доминиран от динозаврите

Историята, разказана от тези гени на хитиназата, е една от ранните бозайници, които се пресичат с ядящи насекоми, докато едрите момчета, огромните растителноядни динозаври като бронтозавър и големите месоядни като T. rex поглъщат най-богатите хранителни ресурси. Само преди 66 милиона години в края на Кредовия период, когато всички динозаври, които не са птици, са измрели, бозайниците са били в състояние да се разширят в други ниши, което те бързо са направили. Първите месоядни и тревопасни бозайници, както показват техните зъби, са възникнали в рамките на 10 милиона години след смъртта на динозаврите.

Емерлинг, който сравнява геномите, за да види как са се развили бозайниците и хората, се интересува от това какво могат да ни кажат геномите на бозайниците за този преход от инсектиторен към тревопасен и месояден след последното масово изчезване.

Той се фокусира предимно върху странни животни, които ядат насекоми, включително мравояди и броненосец, несвързания аардварк и отдалечения панголин. Изследвайки как тези животни са способни да смилат насекомите, той решава да разгледа хитиназите, чиито роли в бозайниците все още не са добре разбрани. Не е известно например дали ензимите позволяват на животните да разграждат хитина до съставните му захари и да ги използват за енергия, или единствената функция на хитиназите е да разгражда екзоскелета, за да позволи достъп до меката вътрешност на насекомите.

Използвайки бази данни за животински геноми, плюс ново секвенирани геноми на броненосец и по-малък мравояд (тамандуа), получени от колеги от Института Broad в Масачузетския технологичен институт и Харвард, той търси гени, подобни на известния ген на хитиназа, и извади четири нови разновидности.

Въз основа на това, което е известно за хитиназните гени при бактерии и други животни, той успя да установи кои гени са функционални и кои не, и да направи заключения относно тъканите, в които гените се експресират и ензима активен.

Сред изненадите беше, че специалистът по ядене на насекоми панголин има само един функционален хитиназен ген, за разлика от петте в аардварка и четири в по-малкия мравояд. Всички ядат изключително мравки и термити, но е възможно панголините да са еволюирали от месоядни животни, които са загубили своите хитиназни гени скоро след завземането на екологичната ниша, отворена, когато динозаврите, които ядат месо, изчезват.

Бизоните, гибоните и камилата дромедар имат само една функционална хитиназа. Тигрите, носорозите и полярните мечки нямат.

Emerling има много други въпроси, които според него хитиназите могат да отговорят за еволюцията и физиологията на бозайниците.

„Това предполага, че има много от тези ензими, които могат да помогнат на организмите да смилат храната си. Това става от просто любопитство - хората имат хитиназа, колко готино! - да бъдем нещо, което може да ни помогне да разберем как различните животни са адаптирани към техните специализирани диети. "

Изследването е подкрепено от Националната научна фондация, Фонд „Франция-Бъркли“, програма PRESTIGE и Европейски изследователски съвет.