Единственная аминокислотная вариация в ключевом рецепторе у китов может помочь объяснить, почему некоторые виды китообразных эволюционировали с гладкими, мускулистыми телами, чтобы охотиться на рыбу и тюленей, в то время как другие вырастают до огромных размеров, фильтруя большие объемы пищи. планктон, обнаруженный международной исследовательской группой.
Выводы планируется опубликовать 18 июля в Scientific Reports, журнале с открытым доступом от издательства Nature.
Работу возглавил Роджер Коун, исследователь ожирения из Института наук о жизни Мичиганского университета, посвятивший свою карьеру изучению меланокортиновой системы. Точно так же, как термостат на стене определяет, сколько тепловой энергии находится в комнате, цепи меланокортина, описанные в лаборатории Конуса, определяют, сколько энергии хранится в виде жира. Мутации в этой системе являются наиболее распространенной генетической причиной раннего ожирения у людей.
Учитывая важность меланокортиновой системы для кормления и энергетического баланса у рыб и млекопитающих, Коун и его сотрудники считают, что вариации в генах меланокортина могут играть решающую роль в эволюции различных типов пищевого поведения и размеров тела.
Когда Лиюань Чжао, морской биолог и ученый из Океанического университета в Китае, приехала в лабораторию Cone на стажировку, она решила проверить эту идею на китах. Она хотела знать: могут ли различия в системе меланокортина играть роль в различиях между двумя основными подотрядами китов - Odontoceti, в который входят дельфины и косатки, и Mysticeti, в который входят горбатые и голубые киты?
Odontoceti питаются охотой на добычу, в то время как огромные Myticeti являются фильтраторами. Самые маленькие Odontoceti вырастают примерно до 5 футов в длину, в то время как Myticeti, такие как синий кит, могут достигать 100 футов.
Благодаря сотрудничеству с Юго-западным научным центром рыболовства Национального управления океанических и атмосферных исследований в Ла-Холья, Калифорния, Чжао смог получить образцы ДНК китов из существующего хранилища. Затем команда секвенировала нейропептидный рецептор MCR4 у 20 видов китообразных и обнаружила одно существенное различие, которое идеально соответствовало двум группам. У Odontoceti, или зубатых китов, есть аминокислота аргинин в положении 156 в генетическом коде, в то время как у Mysticeti, или усатых китов, есть глутамин.
Дальнейшие эксперименты показали, что наличие глютамина в этом положении значительно увеличивает чувствительность рецептора MCR4 к лиганду, который естественным образом его активирует.
Наши данные свидетельствуют о том, что меланокортиновая система более строго регулируется у охотящихся китов, и, наоборот, гигантские фильтраторы могут получать от этой системы сниженные сигналы о насыщении. Это различие вполне могло сыграть некоторую роль в расхождении этих двух основных типов китообразных - и может помочь объяснить различия в пищевом поведении и удивительный диапазон размеров тела среди китов, который намного больше, чем у любого другого вида млекопитающих». - сказал Коун, директор Института естественных наук Университета штата Массачусетс, где расположена его лаборатория, и профессор молекулярной и интегративной физиологии в Медицинской школе Университета штата Массачусетс.
В то время как работа во многих лабораториях LSI, включая лабораторию Конуса, направлена на то, чтобы делать открытия «от лабораторий до постели», применяя основные выводы к здоровью человека, Коун пошутил, что его исследования также проходят «от лабораторий до амбаров». Министерство сельского хозяйства США и Двусторонний фонд сельскохозяйственных исследований и разработок США и Израиля профинансировали лабораторию Cone, чтобы применить свои знания о кормлении и росте различных видов для повышения эффективности кормления важных для сельского хозяйства видов рыб.