Магчымасць завісання ў калібры ўзнікла дзякуючы страце аднаго гена?

Калібры, якія распаўсюджаны ў Паўднёвай і Паўночнай Амерыцы, з’яўляюцца аднымі з самых невялікіх і самых лоўкіх птушак на Зямлі. Гэтая група застаецца адзінай, прадстаўнікі якой не толькі могуць завісаць на адным месцы, але і ў такім рэжыме палёта рухацца назад ці ў розныя бакі.

Аднак завісанне – вельмі энергетычна затратны тып палёту. Міжнародная каманда навукоўцаў, якую ачольваў праф. Michael Hiller з цэнтру LOEWE для Translational Biodiversity Genomics (LOEWE-TBG) у Франкфурце (Германія), вырашыла вызначыць эвалюцыйныя адаптацыі метабалізму, якія дазваляюць калібры карыстацца гэтымі сваімі ўнікальнымі магчымасцямі.

Пад час завісання ў паветры калібры машуць крыламі з частатой нават да 80 разоў у секунду, адкуль і ўтвараецца характэрыстычны гук. Ніводны іншы спосаб перамяшчэння жывёл не патрабуе столькі энергіі, як гэты тып палёту калібры. Для яго забеспячэння метабалізм калібры павінен таксама быць унікальным па сваёй эфектыўнасці ў ‘прадукцыі’ і забяспячэнні адпаведных мышц энергіяй сярод усіх хрыбетных жывёл. Каб забяспечыць гэтыя патрабаванні ў энергіі, калібры харчуюцца нектарам кветак. Іх стрававальная сістэма вельмі хутка ўсмоктвае цукры і выкарыстоўвае своеасаблівыя ферментныя сістэмы, якія расшчапляюць іх, прычым аднолькава эфектыўна і сахарозу, і фруктозу.

Даследчыкі з Франкфурта і Дрэздэна апісалі дакладны механізм, якім карыстаюцца клеткі мускулаў крылаў калібры, якія і дазваляюць ім завісаць. Найперш для гэтага навукоўцы секвеніравалі геном даўгахвостага калібры (Phaethornis superciliosus) і геномы іншых відаў калібры з геномамі 45 відаў птушак з іншых груп: курыных, арлоў, галубоў і гд..

Аказалася, што ў геномах усіх даследаваных відаў калібры адсутнічае ген, які кадуе адзін з ферментаў мускульных клетак і які называецца FBP2 (fructose bisphosphatase 2). Цікава, што далейшыя пошукі паказалі, што гэты ген быў страчаны ўжо ў агульнага продка ўсіх сучасных відаў калібры прыкладна тады, калі і ўзнікла магчымасць харчавацца нектарам кветак і выкарыстоўвываць для гэтага завісанне над ім – прыкладна 48-30 мільёнаў гадоў таму.

"Нашы эксперыменты паказалі, што мэтавая інактывацыя гена FBP2 ў мускульных клетках значна паляпшае клетачны метабалізм цукроў. Больш таго, у клетках без FBP2 значна павялічвалася колькасць і актыўнасць мітахондрый – энергетычных арганел клетак. І ўсё гэта мы ўжо назіралі раней у мускульных клетках калібры, якія яны выкарыстоўваюць для палёту” – сказала д-р Екацярына Осіпава, сааўтарка публікацыі па выніках даследавання.

"З-за таго, што ген FBP2 праяўляе сябе толькі ў мускульных клетках, нашы вынікі кажуць пра тое, што яго страта ў продка калібры хутчэй за ўсё стала ключавым крокам у эвалюцыі метабалізму мускульных клетак як адаптацыя, неабходная для завісання ў палёце” – сказаў кіраўнік даследчай групы, праф. Michael Hiller.

Хутчэй за ўсё, акрамя страты гена FBP2, у геноме калібры адбыліся і іншыя важныя змены. Некалькі іншых ферментаў, якія граюць значную ролю ў метабалізме цукроў, маюць іншы склад і паслядоўнасць некаторых амінакіслот (у параўнанні з прадстаўнікамі іншых таксонаў) і хутчэй за ўсё з-за накіраванага на гэта дзеяння адбору. "Аднак якім чынам гэтыя змены звязаны з эвалюцыйнымі адаптацыямі ў метабалізме калібры мы яшчэ не ведаем – для гэтага патрэбны наступныя даследаванні і эксперыменты” сказаў Hiller.

Крыніца: E Osipova et al, Loss of a gluconeogenic muscle enzyme contributed to adaptive metabolic traits in hummingbirds, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abn7050