Ящерицы обладают особыми сверхспособностями. В то время как птицы могут отращивать перья, а млекопитающие - кожу, ящерицы могут регенерировать целые структуры, такие как их хвосты. Несмотря на эти различия, все они произошли от одного предка ящерицы.
Распространяясь по Америке, одна группа ящериц, анолисы, развивалась подобно дарвиновским вьюркам, приспосабливаясь к разным островам и разным местам обитания на материке. Сегодня насчитывается более 400 видов.
Построение генеалогического древа трех видов ящериц, собранных в Панаме в Смитсоновском институте тропических исследований (STRI), и четвертого вида из юго-восточной части США. С., ученые из Аризонского государственного университета сравнили геномы ящериц - весь код их ДНК - с геномами других животных.
Исследователи обнаружили, что изменения в генах, связанных с межмозговым пространством (место расположения шишковидной железы и других эндокринных желез), отвечающих за цветовое зрение, гормоны и красочный подгрудок, которым самцы помахивают, чтобы привлечь самок, могут способствовать формированию границ между видами. Гены, регулирующие развитие конечностей, также эволюционировали особенно быстро.
«В то время как некоторые рептилии, такие как черепахи, изменились на удивление мало за миллионы лет, аноловые ящерицы эволюционировали быстро, порождая разнообразие форм и поведения», - сказал Кенро Кусуми, автор-корреспондент и профессор Школы наук о жизни АГУ. «Теперь, когда секвенирование целых геномов стало дешевле и проще, мы обнаружили молекулярно-генетические доказательства быстрой эволюции, которые могут объяснить поразительные различия между телами животных, живущих в разных средах."
Лаборатория Кусуми, работающая с коллегами из Медицинского колледжа Университета Аризоны в Фениксе, особенно интересуется тем, как геномы рептилий формируют их способность к регенерации и развитию разнообразных форм тела.
«Впервые был секвенирован и проанализирован полный генетический код - геном - любого вида позвоночных из Панамы», - сказал Орис Санджур, соавтор и заместитель директора по управлению наукой в STRI. «Информация об этих трех видах является важным вкладом в наше понимание биоразнообразия и эволюции новых видов».
Ученые подсчитали, что в Панаме обитает 40 видов ящериц-анолидов, по сравнению с одним в США. Команда из ASU собрала три вида с разрешения Министерства окружающей среды MiAmbiente: Anolis frenatus живет высоко на стволах деревьев; травянистый анол, A. auratus, сидит на кустах или травянистой растительности, а анол стройный, A.apletophallus, встречающийся только в Панаме, свисает ниже на стволах деревьев или на земле.
Исследователи из Школы наук о жизни АГУ сопоставили последовательности ДНК ящериц с последовательностями ДНК 31 другого животного: кистеперых рыб и групп четвероногих животных, которые произошли от них. Они также внимательно изучили гены, кодирующие белки: более 22 000 генов у зеленого анола A. carolinensis по сравнению с приблизительно 20 000 идентифицированными у A. auratus и A. frenatus и 13 000 у A. аплетофаллус.
Очевидным объяснением более высокой скорости эволюции является более высокая скорость размножения аноловых ящериц. Анолисы обычно спариваются в первый год жизни, в то время как другим рептилиям требуется гораздо больше времени, чтобы достичь половой зрелости. Они также размножаются со многими другими особями, поэтому мутации, затрудняющие выживание особи, устраняются довольно быстро.
Первой и единственной другой аноловой ящерицей, которая была секвенирована ранее, был зеленый анол, A.carolinensis, единственный вид анолов, обитающий в США. В этом исследовании Массачусетского технологического института геном A. carolinensis содержал доказательства более поздней эволюции и потери древних повторяющихся элементов в той части ДНК, которая не кодирует белки. В этом смысле было важно определить последовательность трех панамских видов, потому что виды из США, возможно, не являются наиболее представительными в разнообразной группе анолов.
В течение 15 лет внушительное количество времени и денег было потрачено на открытие геномов млекопитающих, мотивированных нашим стремлением понять эволюцию человека и найти лекарства от болезней. Несмотря на то, что чешуйчатые рептилии включают более 10 000 видов - почти в два раза больше видов млекопитающих - одного генома было недостаточно, чтобы понять изменчивость внутри этой группы», - сказал первый автор отчета, Марк Толлис, научный сотрудник ASU.
«Сравнивая эти четыре генома аноловых ящериц, мы начинаем понимать, как одна из самых разнообразных групп позвоночных регенерирует, развивается и диверсифицируется», - добавил он.