Исследователи из Университета Торонто пролили свет на эволюционный переход ранних предков китов от береговой жизни к глубоководному кормлению, предполагая, что у этих предков были зрительные системы, которые могли быстро адаптироваться к темноте, сообщает «phys.org».
Их результаты показывают, что общий предок живых китов уже был глубоким дайвером, способным видеть в синей сумеречной зоне океана, с глазами, которые быстро приспосабливались к тусклым условиям, когда кит устремлялся вниз на глубоком вдохе поверхностного воздуха.
«В эволюции дайвинга с китами долгое время стоял вопрос о том, когда развилось глубоководное кормление», — говорит Белинда Чанг, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии факультета искусств и наук, а также клеточной и системной биологии.
«Я всегда был очарован китами», — говорит ученый, исследующий эволюцию китов в лаборатории. «Идея о том, что существует наземное млекопитающее, подобное мне, которое в конечном итоге эволюционировало, чтобы жить под водой, взорвала мой разум в детстве.
«И кажется, что, исходя из наших данных, это произошло до того, как разошлись зубатые и усатые киты. Общим предком всех живущих китообразных был более глубокий предок, а затем более поздние виды развили все разнообразные специализации по добыванию пищи, которые мы видим у современных китов и дельфинов сегодня.
Глубоководное погружение морских млекопитающих является одним из великих эволюционных переходов, наряду с полетом и жизнью на суше, и многое говорит о том, как быстро жизнь может адаптироваться в меняющемся мире.
Киты произошли от млекопитающих, которые имеют общего предка с гиппопотамами и которые были частично водными.
Великая загадка их перехода к глубоководному добыванию пищи заключалась в том, как быстро развивалась эта способность. Ученые посмотрели на окаменелости китов на молекулярном уровне и сосредоточились на белке родопсина, который поглощает свет и посылает сигнал, который проходит через сетчатку глаза в мозг.
«Одним из самых интригующих аспектов этого знакового эволюционного перехода от суши к морю является то, что качества визуальной среды полностью изменились», — говорит Чанг.
«Это помогло определить, какие гены будут наиболее интересными для нас в наших исследованиях».
Исследователи применили надежные модели науки о данных к белкам родопсина от различных живых китов и родственных млекопитающих. Этот компьютеризированный анализ выявил последовательность генов, представляющую родопсин, обнаруженный у общего предка всех живых китов. Они экспрессировали этот ген в выращенных в лаборатории клетках, чтобы «воскресить» предсказанный белок и провести эксперимент на очищенных образцах.
«Летопись окаменелостей является золотым стандартом для понимания эволюционной биологии», — говорит Сара Дунган, которая имеет докторскую степень в области экологии и эволюционной биологии из Университета Техаса.
«Но, несмотря на то, что Парк Юрского периода заставил вас поверить в генетику, извлечение ДНК из ископаемых образцов происходит крайне редко, потому что состояние, как правило, плохое.
Итак, если вас интересует, как развиваются гены и ДНК, вы полагаетесь на математическое моделирование и сильный образец генов живых организмов, чтобы дополнить то, что мы понимаем из летописи окаменелостей».
Дунган и Чанг были поражены биохимическими свойствами воскресшего белка по сравнению с наземными млекопитающими.
Ранний китовый родопсин был более чувствителен к синему свету, который проникает глубже всего в океан, до степени, которая превзошла ожидания. Его биохимические свойства также предполагали, что сетчатка ранних китов могла быстро реагировать на изменения уровня освещенности.
Ранние киты в конечном итоге превратились во многие виды зубатых китов и усатых китов, которых мы видим сегодня. По мере развития отдельных видов китов они создали экологические ниши на различных уровнях моря и даже в пресноводных реках.
Работа Дунгана и Чанга показывает, что были дальнейшие эволюционные адаптации, поскольку члены обеих групп либо всплыли с ранних глубоких уровней, чтобы охотиться ближе к поверхности, либо специализировались, чтобы стать еще более экстремальными дайверами.
«Удивительно, что теперь мы можем иметь такой уровень понимания образа жизни давно вымершего организма, просто проводя лабораторные эксперименты на одном белке. Воскрешение белка предков — это невероятно мощный способ для нас задаться вопросом, как эволюционировали древние организмы, о которых большинство людей не знают», — добавляет она.