Norbert Wu/Minden Pictures/Getty Images
Karkin słoniowy niewiele się zmienił w ciągu ostatnich 420 mln lat, co czyni jego sekwencję DNA cenną dla porównania z innymi gatunkami kręgowców.
Zabawnie wyglądająca ryba z przerośniętym pyskiem stała się najbardziej prymitywnym kręgowcem szczękowym, którego genom został zsekwencjonowany. Sekwencja DNA rekina słoniowego pomaga wyjaśnić, dlaczego rekiny mają chrzęstny szkielet i jak ludzie i inne kręgowce wykształciły odporność nabytą.
Rekiny słoniowe (Callorhinchus milii) są częścią wczesnej gałęzi ewolucyjnej ryb chrzęstnoszkieletowych znanych jako chimaeras, które są spokrewnione z rekinami i płaszczkami. Rekiny te patrolują głębokie wody u wybrzeży południowej Australii i Nowej Zelandii, a ich charakterystyczne pyski służą do polowania na skorupiaki zakopane w piasku. Chociaż rekiny słoniowe nie są znane z atakowania ludzi, to jednak posiadają siedmiocentymetrowy kolec na płetwie grzbietowej, który służy do obrony przed drapieżnikami.
Sześć lat temu naukowcy wyróżnili C. milii jako pierwszą rybę chrzęstnoszkieletową, która ma zostać zsekwencjonowana ze względu na swój stosunkowo niewielki genom – około jednej trzeciej wielkości ludzkiego genomu. „Mieliśmy wiele genomów płazów, ptaków i ssaków, ale nie rekinów” – mówi autor badania Byrappa Venkatesh, ekspert w dziedzinie genomiki porównawczej w Agencji Nauki, Technologii i Badań w Singapurze.
Dumbo morza
Ponieważ rekin słoniowy jest wczesnym kręgowcem szczękowym i niewiele się zmienił od czasu pojawienia się ryb kostnoszkieletowych około 420 milionów lat temu – co czyni go najwolniej ewoluującym ze wszystkich znanych kręgowców – służy on jako ważny punkt odniesienia dla genomiki porównawczej. „Będziemy go używać jako punktu odniesienia przez wiele lat” – mówi Venkatesh. Genom został opublikowany dzisiaj w Nature1.
Do tej pory naukowcy zsekwencjonowali genomy ośmiu ryb kostnoszkieletowych i dwóch bezszczękowych kręgowców znanych jako minogi. Rekiny, płaszczki, raje i chimery odróżniają się od innych szczękowych kręgowców posiadaniem szkieletu, który jest wykonany głównie z chrząstki, a nie kości. Chociaż naukowcy wiedzieli, jakie geny biorą udział w tworzeniu kości, nie było jasne, czy rekiny utraciły zdolność tworzenia kości, czy też po prostu nigdy jej nie posiadały. Po tym wszystkim, rekiny robią kości w swoich zębach i kolcach płetw.
Sekwencja ujawnia, że członkom tej grupy brakuje jednej rodziny genów, która reguluje proces przekształcania chrząstki w kość, i że zdarzenie duplikacji genu dało początek transformacji w kościstych kręgowcach. W rzeczywistości, kiedy badacze znokautowali jeden z tych samych genów u zebrafy, znacznie zmniejszyło to jej zdolność do tworzenia kości.
John Postlethwait, biolog rozwojowy na Uniwersytecie Oregonu w Eugene, nazywa odkrycia „pouczającymi”. Bada on antarktyczne ryby lodowe (Notothenioidei), które w toku ewolucji straciły zdolność do tworzenia kości, i będzie sprawdzał, czy brakuje im tych samych genów, których brakuje w genomie rekina słoniowego.
Ewolucja odporności
Genom C. milii pomaga również odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące ewolucji odporności nabytej, która jest podstawą szczepień i pozwala ludziom i innym kręgowcom zwalczać nowe patogeny. Rekiny słoniowe mają limfocyty T-zabójcze, które bezpośrednio niszczą komórki ciała zainfekowane wirusami, ale brakuje im limfocytów T pomocniczych, które pomagają regulować ogólną odpowiedź immunologiczną na infekcję. Nowe dane dotyczące sekwencji sugerują, że odporność nabyta ewoluowała w procesie dwuetapowym, a nie jednoetapowym, jak wcześniej sądzono.
W chwili obecnej trwają prace nad sekwencjonowaniem kolejnych ryb chrzęstnoszkieletowych, w tym płaszczki (Leucoraja erinacea) z Ameryki Północnej i rekina kotowatego (Scyliorhinus canicula).
Igor Schneider, biolog ewolucyjny z Federalnego Uniwersytetu w Pará w Brazylii, który bada, jak kończyny wyewoluowały z płetw ryb, jest podekscytowany wykorzystaniem danych o sekwencji w swojej pracy. „Genom rekina słoniowego stanowi nieocenione narzędzie do badań porównawczych”, mówi i ma nadzieję, że pomoże mu to określić „genetyczne kroki w kierunku życia na lądzie”.