Исследователи из штата Мичиган Инго Брааш и Эндрю Томпсон теперь расшифровывают некоторые из этих секретов. Руководя проектом, в котором участвовало более двух десятков исследователей с трех континентов, спартанцы собрали наиболее полную на сегодняшний день картину генома боуфина.«Впервые у нас есть то, что называется сборкой генома на уровне хромосом для боуфина», — сказал Брааш, доцент кафедры интегративной биологии в Колледже естественных наук. «Если вы думаете о геноме как о книге, то, что у нас было в прошлом, было похоже на то, что все страницы были разорваны на части.
Теперь мы поместили их обратно в книгу».«И по порядку», — добавил Томпсон, научный сотрудник лаборатории Брааша и первый автор нового исследовательского отчета, опубликованного 30 августа в журнале Nature Genetics.По словам дуэта, это действительно важная информация по нескольким причинам, и начинается она с того, что боуфин — это то, что Чарльз Дарвин назвал «живым ископаемым». Боуфин, или морская собака, похож на древнюю рыбу.
Это не означает, что боуфин не эволюционировал с древних времен, но он эволюционировал медленнее, чем большинство рыб. Это означает, что у боуфина больше общего с последним предком, общим для рыб и людей сотни миллионов лет назад, чем, скажем, с сегодняшними рыбками данио.Данио — современные, так называемые костистые рыбы — являются ярким примером, потому что они широко используются учеными в качестве модели для проверки и разработки теорий о здоровье человека. Наличие большего количества генетической информации о боуфине помогает сделать рыбок данио лучшей моделью.
«Многие исследования здоровья и болезней человека проводятся на модельных организмах, таких как мыши и рыбки данио», — сказал Томпсон. «Но как только вы определите важные гены и элементы, которые регулируют эти гены у рыбок данио, может быть трудно найти их эквиваленты у людей. Легче перейти от рыбок данио к боуфину к человеку».Например, один особенно интересный ген — это тот, который используется в развитии газового пузыря боуфина, органа, который рыба использует для дыхания и хранения воздуха.
Ученые считают, что у последнего общего предка, разделяемого рыбами и людьми, были такие органы, наполненные воздухом, которые были эволюционными предшественниками легких человека.В своем новом исследовании спартанские исследователи смогли увидеть, что определенный генетический процесс в развитии газового пузыря боуфина имеет поразительное сходство с тем, что известно о развитии легких у человека.
Похожий процесс наблюдается и у современных костистых рыб, но он был скрыт эонами эволюции.«Когда вы искали человеческие генетические элементы развития этого органа у рыбок данио, вы не смогли их найти, потому что костистые рыбы имеют более высокие темпы эволюции», — сказал Томпсон. «Он есть в современных рыбах, но он скрыт от глаз, пока вы не увидите его в боуфине и гар».Гар — еще одна дышащая воздухом рыба со статусом «живого ископаемого», которую изучают Брааш и его команда. С помощью геномов гар и боуфина команда смогла показать, где эти генетические элементы, связанные с формированием газового пузыря и легких, прячутся у современных костистых рыб.
Древние рыбы позволяют исследователям построить лучший мост между существующими современными модельными организмами рыб и биологией человека.«Вы не хотите основывать этот мост на одном виде», — сказал Брааш, добавив, что это открытие также усиливает значение для эволюционной истории. «Это еще одна часть головоломки, которая предполагает, что общий предок рыб и людей имел наполненный воздухом орган и использовал его для дыхания на поверхности воды, что очень похоже на то, что вы видите у боуфина и гар».Хотя эти открытия имеют отношение к всему человечеству, спартанцы могут чувствовать особую близость к лукуфину.
Во-первых, самцы рыб превращают свои плавники и горло в яркий зеленый оттенок во время нереста. Кроме того, знаменитый биолог Уильям Баллард из Дартмутского колледжа изучал развитие плавника от икры до личинок рыб в университете W.K. Биологическая станция Келлог в 1980-е годы. Это было то, что он назвал своей «Одиссеей странных рыб», и теперь команда Брааша использует его работу, чтобы направлять свой геномный анализ развития боуфина.
Bowfins родом из Мичигана. По словам Томпсона, сейчас они могут быть в реке Красный Кедр в кампусе МГУ, но они также могут быть довольно неуловимыми, а иногда и очень агрессивными.
Это сделало сотрудничество необходимым для защиты образцов. Вместе с коллегами из Государственного университета Николс в Луизиане команда поймала бугорков для секвенирования генома.
Эми МакКьюн, соавтор и профессор Корнельского университета, знала, где найти яйца боуфина в северной части штата Нью-Йорк, и попросила аспиранта, способного получить эти уникальные образцы для исследования развития боуфина.У спартанцев также были связи в других университетах и учреждениях со специалистами в области биологии боуфина, эволюции хромосом и многого другого.
В общей сложности в команду вошли исследователи из шести стран, а также из Франции, Японии и Швейцарии. Вернувшись в Ист-Лансинг, аспиранты Маурисио Лосилья и Оливия Фитч, технолог-исследователь Бретт Расикот и Кевин Чайлдс, директор центра геномики МГУ, также внесли свой вклад в исследование, которое в конце концов имеет интересный поворот.Почти все позвоночные существа, у которых растут парные конечности или плавники, имеют общий ген.«Люди используют это, мыши используют его.
Все рыбы, которые были изучены до сих пор, используют его», — сказал Брааш. «Наивное ожидание было бы таким же, как и у боуфина».Но это не то, что команда нашла. Боуфин, «живое ископаемое», развил свои парные плавники по-другому.
«По какой-то причине он изменил свое генетическое программирование. Даже« живые окаменелости »продолжают развиваться. Они не застывают во времени», — сказал Брааш. «Это своего рода предостерегающий рассказ о том, что мы не должны принимать эти вещи как должное.
Чтобы нарисовать полную картину, нужно искать черту за чертой, ген за геном и среди множества различных видов».