Hur valar och delfiner utvecklades för livet till sjöss
En ny studie visar att genomet hos valar, som inkluderar delfiner och valar, har förändrats på viktiga sätt för att tillåta dessa djur att övergå från markbundna till vattenmiljöer.
Även om valar, som delfiner och valar, ser ut som fisk och - precis som fiskar - lever i vattenmiljöer, är de i själva verket vattenlevande däggdjur.
Därför är de på många sätt närmare marklevande ryggradsdjur som föder levande unga och sedan ammar dem.
Forskare vet nu att valar utvecklades från föräldrar som bodde på landet för omkring 52,5 miljoner år sedan och övergick till ett liv till sjöss.
För denna drastiska förändring har denna grupp däggdjur anpassat sig långsamt över tiden och utvecklat olika biologiska egenskaper som matchar kraven på undervattensliv.
Medan vissa - inklusive fenor, simfötter och en aquadynamisk kroppsform - lätt märks är andra anpassningar mer subtila men inte mindre viktiga.
En studie från två Max Planck-institut i Dresden, Tyskland, University of California i Riverside och American Museum of Natural History i New York, NY, visar hur valar genetisk sammansättning har utvecklats för att låta dem leva i havet. .
I forskningspapperet, som visas i tidskriften Vetenskapliga framstegförklarar författarna att denna övergång delvis var möjlig eftersom specifika gener har blivit inaktiva i delfiner, valar och andra valar under årtusenden.
85 ”förlorade gener” kan ha underlättat livet på havet
Huvudförfattaren Matthias Huelsmann och kollegor var intresserade av att bättre förstå hur valar genomet hade anpassats för att låta dem trivas under vattnet.
För att göra det "kammade" de 19 769 gener i 62 olika däggdjursarter - inklusive, som de förklarar i sin studiepapper, "fyra valar, två pinnipeds [en klad som inkluderar sälar och valrossar], en manate och 55 marklevande däggdjur ”- söka efter gener som hade blivit inaktiva efter att valar utvecklades från sina förfäder.
“För att exakt identifiera gener som inaktiverades under övergången från land till vatten i stamcellerna, använde vi det nyligen sekvenserade genomet av den flodhäst, ett halvvatten däggdjur som [...] är närmast levande relativt valar och betraktade endast gener utan upptäckta inaktiverande mutationer i flodhästen, fortsätter studieförfattarna att förklara.
Således lyckades teamet identifiera 85 ”förlorade gener.” Medan tidigare forskning redan hade identifierat några av dessa var 62 (motsvarande 73%) nya upptäckter.
En av de inaktiverade generna, förklarar forskarna, spelar en roll i salivsekretion. Medan saliv hjälper marklevande däggdjur att smörja och mjuka mat, liksom att starta matsmältningsprocessen genom specifika enzymer, blev det onödigt för vattenlevande däggdjur eftersom vatten istället kan utföra dessa ”jobb”.
Två andra gener som "förlorades" var nödvändiga för blodproppsbildning. Men deras inaktivering kommer sannolikt att ha möjliggjort andra sårtätningsmekanismer som var mer användbara för vattenlevande liv att utvecklas.
En annan viktig förlust var för vissa gener som är inblandade i lungfunktionen. Den nya genetiska sammansättningen gör att valar lungorna kollapsar när de dyker djupt i havet.
"Även om lungkollaps skulle utgöra ett allvarligt kliniskt problem för människor, tjänar det till att minska både flytkraft och risken för att utveckla dekompressionssjuka hos valar," förklarar Huelsmann och kollegor.
Valar förlorar också alla gener som gör att däggdjur kan syntetisera melatonin, ett hormon som hjälper till att reglera cykler av sömn och vakenhet.
I dessa vattenlevande däggdjur kan denna förlust ha lett till utvecklingen av en annan typ av sömn som kallas unihemisfärisk sömn. I denna form av sömn vilar bara hälften av hjärnan medan den andra halvan förblir vaken. Denna mekanism gör det möjligt för valar att simma till ytan eller producera mer värme om det behövs.
Alla dessa anpassningar, hävdar utredarna, kan ha hjälpt valar, delfiner och liknande vattenlevande däggdjur att börja leva mer som fisk.
"[O] ur fynd tyder på att genförluster i valar inte bara är förknippade med vattenlevande specialiseringar utan kunde ha varit inblandade i att anpassa sig till en helt vattenmiljö", avslutar forskarna.
