Hvordan hvaler og delfiner udviklede sig til liv til søs
En ny undersøgelse viser, at hvirvelledernes genomer, der inkluderer delfiner og hvaler, har ændret sig på vigtige måder for at give disse dyr mulighed for at skifte fra jordbaseret til vandmiljø.
Selvom hvaler, som delfiner og hvaler, ligner fisk og - ligesom fisk - lever i vandmiljøer, er de faktisk vandpattedyr.
Derfor er de på mange måder tættere på hvirveldyr, der bor i landet, der føder at leve unge og derefter ammer dem.
Forskere ved nu, at hvaler har udviklet sig fra jordfæstede forfædre for omkring 52,5 millioner år siden og overgik til et liv på havet.
Til denne drastiske ændring har denne gruppe af pattedyr langsomt tilpasset sig over tid og udviklet forskellige biologiske træk, der svarer til kravene i livet under vandet.
Mens nogle - herunder finner, svømmeføtter og en akvadynamisk kropsform - er let synlige, er andre tilpasninger mere subtile, men ikke mindre vigtige.
Nu viser en undersøgelse fra to Max Planck-institutter i Dresden, Tyskland, University of California i Riverside og American Museum of Natural History i New York, NY, hvordan hvalbøernes genetiske sammensætning har udviklet sig til at give dem mulighed for at leve i havet .
I forskningsopgaven, der vises i tidsskriftet Videnskabelige fremskridtforklarer forfatterne, at denne overgang til dels var mulig, fordi specifikke gener er blevet inaktive i delfiner, hvaler og andre hvaler i årtusinder.
85 'mistede gener' kan have gjort det lettere for livet på havet
Hovedforfatter Matthias Huelsmann og kolleger var interesserede i bedre forståelse af, hvordan hvalvands genomer havde tilpasset sig, så de kunne trives under vandet.
For at gøre dette "kæmmede" de 19.769 gener i 62 forskellige pattedyrsarter - inklusive, som de forklarer i deres studieopgave, "fire hvaler, to pinnipeds [en klade, der inkluderer sæler og hvalrosser], en manat og 55 jordpattedyr ”- søgning efter gener, der var blevet inaktive, efter hvaler blev udviklet fra deres jordfæstede forfædre.
”For nøjagtigt at identificere gener, der blev inaktiveret under overgangen fra land til vand i hvalstammen, brugte vi det nyligt sekventerede genom af den almindelige flodhest, et semi-akvatisk pattedyr, der [...] er den nærmeste levende i forhold til hvaler , og betragtede kun gener uden påviste inaktiverende mutationer i flodhesten, ”fortsatte undersøgelsesforfatterne med at forklare.
Således formåede holdet at identificere 85 "mistede gener." Mens tidligere forskning allerede havde identificeret nogle af disse, var 62 (svarende til 73%) nye opdagelser.
Et af de inaktiverede gener, forklarer forskerne, spiller en rolle i spyt sekretion. Mens spyt hjælper pattedyr, der bor i landet, med at smøre og blødgøre mad såvel som at starte fordøjelsesprocessen gennem specifikke enzymer, blev det unødvendigt for vandpattedyr, fordi vand i stedet kan udføre disse "job".
To andre gener, der blev ”tabte”, var nødvendige for dannelse af blodpropper. Imidlertid vil deres inaktivering sandsynligvis have gjort det muligt for andre sårforseglingsmekanismer, der var mere nyttige for vandlevende liv, at udvikle sig.
Et andet vigtigt tab var for visse gener involveret i lungefunktion. Den nye genetiske sammensætning giver hvaler hvalernes lunger til at kollapse, når de dykker dybt ned i havet.
"Mens lungekollaps ville repræsentere et alvorligt klinisk problem for mennesker, tjener det til at reducere både opdrift og risikoen for at udvikle dekompressionssygdom hos hvaler," forklarer Huelsmann og kolleger.
Hvaler, viser det sig, mistede også alle gener, der gør det muligt for pattedyr at syntetisere melatonin, et hormon, der hjælper med at regulere cyklus af søvn og vågenhed.
I disse vandlevende pattedyr kan dette tab have ført til udviklingen af en anden type søvn kaldet unihemisfærisk søvn. I denne form for søvn hviler kun halvdelen af hjernen, mens den anden halvdel forbliver opmærksom. Denne mekanisme tillader hvaler at svømme til overfladen eller producere mere varme, hvis det er nødvendigt.
Alle disse tilpasninger, hævder forskerne, kan have hjulpet hvaler, delfiner og lignende akvatiske pattedyr med at begynde at leve mere som fisk.
”[Vores] resultater antyder, at gentab hos hvaler ikke kun er forbundet med akvatiske specialiseringer, men kunne have været involveret i tilpasningen til et fuldt vandmiljø,” konkluderer forskerne.
