Amit örököltünk rovarevő őseinktől

Robert Sanders, Médiakapcsolatok | 2018. május 16., 2018. május 18

Spektrális tarsier (Tarsius tarsier) egy szöcske táplálkozás az indonéziai északi Sulawesi-i Tangkoko Nemzeti Parkban. A tarsíroknak öt kitinázgénnel rendelkeznek, amelyek rovarevő étrendjükben megemésztik a kitin nagy mennyiségét, ami valószínűleg minden placenta állat, köztük az ember ősi állapotát képviseli. (Fotóvédelem: Quentin Martinez)

Azok az emberek, akik támogatják a rovarok táplálékkiegészítését, távoli őseiket irányíthatják.

107 különböző emlősfaj genomjának elemzése alapján, a Kaliforniai Egyetem, Berkeley, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy távoli őseink - a 66 millió évvel ezelőtt dinoszauruszok lábai körül kócoló apró, szőrös lények - többnyire rovarevők voltak.

A tudósok erre azért következtettek, mert az enzimek génjei, amelyek minden emlős ezen korai őseinek lehetővé tették a rovarok megemésztését, ma is szinte az összes emlősgenomban lógnak. Még azoknak az állatoknak is, mint a tigrisek és a fókák, amelyek soha nem érintenék meg a rovarokat, ezeknek a géneknek nem funkcionális darabjai ülnek kromoszómájukban, elárulva ősi őseik étrendjét.

- Az egyik legmenőbb dolog az, ha az embereket nézi, Fido a kutyája, a pofaszakáll a macskája, a lova, a tehene; válasszon bármelyik állatot, általában véve maradványai vannak a genomjaiban annak idején, amikor az emlősök kicsiek voltak, valószínűleg rovarevőek és rohangáltak, amikor a dinoszauruszok még mindig a Földön jártak ”- mondta Christopher Emerling posztdoktori munkatárs. - A genomjában ez egy olyan aláírás, amely azt mondja, hogy régen nem te voltál a domináns organizmuscsoport a Földön. Genomjaink megnézésével ezt az ősi múltat és életstílust nézzük, amellyel már nem is élünk. "

A genetikai bizonyítékok függetlenül alátámasztják a paleontológusok évekkel ezelőtti következtetéseit a korai emlősök kövületeinek és fogainak alakja alapján.

„Lényegében genomokat vizsgálunk, és ugyanazt a történetet mesélik el, mint a kövületek: azt gondoljuk, hogy ezek az állatok rovarevőek voltak, majd a dinoszauruszok kihaltak. Ezeknek a nagy húsevő és növényevő hüllőknek a pusztulása után az emlősök elkezdték megváltoztatni étrendjüket ”- mondta.

A 66 millió évvel ezelőtti dinoszauruszok korában élő ősi placenta emlősök részletes művészi rekonstrukciója, amely rovarok befogására és elfogyasztására adaptált fogakat mutat be. (Carl Buell jóvoltából)

A megállapítás rávilágíthat ezen enzimek, az úgynevezett kitinázok egyéb szerepeire, amelyek nemcsak a bélben, hanem a nyálmirigyekben, a hasnyálmirigyben és a tüdőben is megtalálhatók, ahol részt vehetnek asztmában.

Emerling és munkatársai, Michael Nachman, az integratív biológia professzora, az UC Berkeley Gerincesek Állattani Múzeumának igazgatója, valamint Frédéric Delsuc, a Francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont (CNRS) és a francia Université de Montpellier május 16-án jelentik online eredményeiket online a Science Advances folyóiratban. Emerling jelenleg a PRESTIGE és Marie Curie posztdoktori munkatársa Montpellier-ben, a ConvergeAnt projekten dolgozik.

A rovarok exoskeletonjainak lebontása

Sok baktériumnak vannak olyan génjei, amelyek olyan enzimet termelnek, amely lebontja a rovarok kemény, külső héját, amely kemény kitin nevű kemény szénhidrátból áll. Nem meglepő, hogy az emberek és az egerek kitináz génnel rendelkeznek, mivel manapság sok ember rovarokat vesz fel étrendjébe, csakúgy, mint az egerek.

Indonéz spektrális tarsier egy szöcskét rágcsáló fügefában. (Fotóvédelem: Quentin Martinez)

De az embereknek valójában három másik kitináz gén maradványa van a genomban, bár egyik sem működőképes. Emerling kimutatta, hogy ezek az emberi génmaradványok nem egyedülállóak az emberekre vagy a főemlősökre, hanem az ős placenta emlősökre vezethetők vissza.

Kollégáival öt különböző kitináz enzim gént találtak azáltal, hogy áttekintették az emlősök legnagyobb csoportjának genomjait, amelyek olyan méhlepényekkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a méhben a hosszabb fejlődést, amely kizárja az erszényes állatokat, mint például az oposszumokat és a tojást tojó monotrémákat, mint a platypus . Ezek a placenta emlősök a csibéktől és az egerektől az elefántokig és a bálnákig terjedtek.

Megállapították, hogy minél nagyobb a rovarok aránya az állatok étrendjében, annál több génje van a kitináznak.

„Az egyetlen faj, amely ma öt kitinázzal rendelkezik, rendkívül rovarevő, vagyis étrendjük 80–100 százaléka rovarokból áll. Mivel a legkorábbi placenta emlősökben valószínűleg öt kitináz volt, úgy gondoljuk, hogy ez erős érvet ad arra vonatkozóan, hogy erősen rovarevőek voltak ”- mondta Emerling.

Ahogy az várható volt, a hangyák és a termeszek szakemberei, mint például az aardvarks és bizonyos armadillók, öt működő kitináz génnel rendelkeznek. De így tesznek a rovarokat szerető főemlősök is, amelyeket úgy hívnak: Úgy tűnik, hogy ők az egyetlen olyan főemlősök, amelyek ennyi funkcionális kitinázgénnel rendelkeznek - mondta Emerling.

Dinoszauruszok uralják

Ezeknek a kitináz-géneknek a története a korai emlősök egyike, akik rovarokat esznek, miközben a nagy srácok, a hatalmas növényevő dinoszauruszok, mint a brontosaurus, és a nagy húsevők, mint a T. rex, a legbőségesebb táplálékforrásokat kapták. Csak 66 millió évvel ezelőtt, a krétakorszak végén, amikor az összes nem madár dinoszaurusz elhunyt, az emlősök képesek voltak kitágulni más fülkékbe, amit gyorsan meg is tettek. Az első húsevő és növényevő emlősök, amint a foguk jelzi, a dinoszauruszok pusztulásától számított 10 millió éven belül keletkeztek.

Emerling, aki összehasonlítja a genomokat, hogy lássa, hogyan alakultak ki az emlősök és az emberek, érdekelte, hogy az emlősök genomjai mit tudnának elmondani arról az áttérésről a rovarevőről a növényevőre és a húsevőre a legutóbbi tömeges kihalás óta.

Elsősorban furcsa állatokra összpontosít, amelyek rovarokat esznek, beleértve a hangyabogarakat és a páncélosokat, a nem kapcsolódó aardvarkot és a távoli rokonságban lévő pangolinokat. Annak feltárása során, hogy ezek az állatok miként képesek megemészteni a rovarokat, úgy döntött, hogy megnézi a kitinázokat, amelyeknek emlősökben betöltött szerepe még mindig rosszul ismert. Nem ismert például, hogy az enzimek lehetővé teszik-e az állatok számára, hogy a kitint összetevő cukrokká bontsák és felhasználhassák energiára, vagy a kitinázok egyedüli feladata az exoszkeleton feldarabolása, hogy hozzáférést nyújtsanak a rovarok puha belső teréhez.

Az állati genomok adatbázisainak, valamint az újonnan szekvenált armadillos genomoknak és egy kisebb hangyaboly (tamandua) által, amelyet a MIT és a Harvard Broad Institute munkatársai szereztek, az ismert kitináz génhez hasonló géneket keresett, és négy új fajtát kotort be.

A baktériumok és más állatok kitináz-génjeiről ismert tudnivalók alapján képes volt arra következtetni, hogy mely gének működnek és melyek nem, és következtetéseket vonhat le azokról a szövetekről, amelyekben a gének kifejeződnek és az enzim aktív.

A meglepetések között szerepelt, hogy a rovarevés-szakorvosi pangolinnak csak egy funkcionális kitináz-génje van, szemben az aardvark öt és négyével a kisebb hangyabogyóban. Mindannyian kizárólag hangyákat és termeszeket esznek, de a pangolinok valószínűleg olyan húsevőkből fejlődhettek ki, akik röviddel azután veszítették el kitinázgénjeiket, hogy átvették az ökológiai rést, amikor a húsevő dinoszauruszok elhaltak.

A bölényeknek, a gibbonoknak és a dromedár tevének csak egy funkcionális kitinázja van. A tigrisek, orrszarvúak és jegesmedvék nincsenek.

Emerlingnek sok más kérdése van, és szerinte a kitinázok megválaszolhatják az emlősök evolúcióját és fiziológiáját.

„Ez arra utal, hogy nagyon sok ilyen enzim segítheti az organizmusokat az ételük megemésztésében. Ez egyszerű kíváncsiságból származik - az embereknek kitinázuk van, milyen klassz! - olyasmi, amely segíthet megérteni, hogy a különböző állatok hogyan alkalmazkodnak speciális étrendjükhöz. ”

A kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány, a France-Berkeley Alap, a PRESTIGE Program és az Európai Kutatási Tanács támogatta.