Et nøglegen hjælper med at forklare, hvordan evnen til at glide er dukket op igen og igen under pungdyrets evolution

Folk siger "Når grise flyver" for at beskrive det umulige. Men selvom de fleste pattedyr er landkrabber, har evnen til at glide eller flyve udviklet sig igen og igen under pattedyrs evolution, hos arter lige fra flagermus til flyvende egern. Hvordan opstod det?

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature i denne uge forklarer et team af forskere ledet af Princeton University og Baylor College of Medicine det genomiske og udviklingsmæssige grundlag for patagium, den tynde hudmembran, der tillader nogle pattedyrarter at svæve gennem luften.

"Vi forstår ikke helt, hvordan nye træk og tilpasninger stammer fra et molekylært og genetisk perspektiv. Vi ønskede at undersøge, hvordan en evolutionær nyhed opstår," sagde den medkorresponderende forfatter Dr. Ricardo Mallarino, assisterende professor i molekylærbiologi ved Princeton.

For bedre at forstå patagium-evolutionen fokuserede holdet på pungdyr. Det skyldes, at evnen til at glide har udviklet sig gentagne gange, ved hjælp af lignende anatomiske ændringer, i nært beslægtede pungdyr som sukkerglideren - et lille pungdyr, der er lille nok til at passe i lommen og populært som et eksotisk kæledyr.

Baylor-teamet ledede genomsekventeringen for 15 pungdyrarter og bestemte DNA-sekvenserne i både glidende arter og deres ikke-glidende slægtninge. Sammenligning af disse sekvenser afslørede accelereret udvikling nær et gen kaldet Emx2.

"Det interessante er, at sekvensen af ​​selve genet ikke ser ud til at være der, hvor de mest relevante ændringer finder sted. I stedet er de vigtigste ændringer i korte DNA-sekvenser, kaldet 'enhancers', som ligger i nærheden af ​​genomet.

"Det er disse skiftende forstærkere, der ændrer, hvordan og hvor i kroppen Emx2 er aktiv, og som driver udviklingen af ​​svæveflyvning," siger medkorrespondrende forfatter Dr. Erez Lieberman Aiden, professor i molekylær og human genetik og direktør for Center for Genome Arkitektur hos Baylor.

"Det er vigtigt at forstå de underliggende ændringer, der sker på det genomiske niveau for at give anledning til disse konvergente træk, fordi det kan fortælle os, om evolutionen er rettet mod den mindste modstands vej. Du kan få det samme resultat, men forskellige veje til at nå dertil," sagde medforfatter Jorge Moreno, en kandidatstuderende i Mallarinos laboratorium.

Dernæst ønskede forskerne at teste disse ideer. For at gøre det brugte de en af ​​de mest unikke egenskaber ved pungdyr - deres pung. "Pungdyr-joeys fødes på et meget tidligere stadium i udviklingen end typiske pattedyr," sagde med-førsteforfatter Dr. Olga Dudchenko, assisterende professor i molekylær og human genetik ved Baylor og forsker ved Center for Teoretisk Biologisk Fysik ved Rice University.

"I stedet for at fortsætte udviklingen i deres mors mave, kravler de ned i hendes pung, og bliver der, indtil de er klar til at indtage verden selvstændigt. Det faktum, at de er lige der i pungen, gør det meget lettere at studere, hvordan individuelle gener, ligesom Emx2, påvirke pungdyrets udvikling."

Forskerne viste, at Emx2 giver anledning til pungdyret patagium ved hjælp af et genetisk program, der sandsynligvis findes i alle pattedyr. For eksempel er Emx2 aktiv i huden på siderne af både mus og sukkerglidere, men i sukkerglidere kommer det til udtryk i meget længere tid.

Som Dudchenko, også ved Center for Genome Architecture i Baylor, bemærker:"Ved at modificere de kritiske Emx2-forstærkere har den ene art efter den anden benyttet sig af dette universelle program for at udvikle evnen til at glide."

Opmuntrende nyheder for grise, der håber at nå til himlen.

Flere oplysninger: Ricardo Mallarino, Emx2 ligger til grund for udviklingen og udviklingen af ​​pungdyrs glidemembraner, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07305-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07305-3

Darío G. Lupiáñez, Pungdyrs genomer afslører, hvordan en hudmembran til glidning udviklede sig, Naturen (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01021-8 , doi.org/10.1038/d41586-024-01021-8

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Baylor College of Medicine