Геномне дослідження показало європейське походження кажанів

Масштабне міжнародне геномне дослідження, про яке повідомляє Newswise Science News, дійшло висновку, що кажани виникли в Європі приблизно 65 мільйонів років тому, а згодом розселилися по всій планеті. Аналіз також вказує, коли могли з’явитися дві їхні ключові ознаки — активний політ і ехолокація.

Робота опублікована в журналі Nature і стала найбільшим на сьогодні поєднаним аналізом геномів кажанів та їхніх викопних решток. Дослідження очолив міжнародний консорціум Bat1K, до якого входять 137 науковців із 64 країн.

103 геноми і 44 викопні зразки

Команда поєднала 103 високоякісні геноми кажанів, що представляють усі 21 визнану родину цих тварин, із даними про 44 викопні зразки. Це дозволило збудувати найбільш деталізоване на сьогодні родове дерево кажанів та відтворити геном їхнього спільного предка.

Консорціум Bat1K має амбітну мету — секвенувати геноми понад 1400 сучасних видів кажанів. Поточна публікація є важливим кроком до цього, адже закладає основу для подальших порівняльних досліджень.

Отримані дані надали молекулярні підтвердження ряду особливостей цих тварин і допомогли розв’язати суперечки, що тривали десятиліттями. Зокрема, дослідники змогли точніше простежити, як еволюціонували ключові адаптації, такі як політ та ехолокація.

Ехолокація і політ могли еволюціонувати разом

Одна з давніх загадок полягала в тому, коли саме виникла здатність кажанів орієнтуватися в просторі за допомогою звуку — ехолокація. Нове еволюційне дерево, побудоване на основі геномних даних і викопних решток, свідчить, що ехолокація з’явилася набагато раніше, ніж вважалося раніше, і розвивалася разом із активним польотом.

Це означає, що вже ранні предки сучасних кажанів могли одночасно опанувати і політ, і складну сенсорну систему для навігації в темряві, що, ймовірно, допомогло їм успішно освоїти нічні екологічні ніші.

Н незвичайні властивості кажанів і роль геноміки

Серед співавторів дослідження — Лорел Йое (Laurel Yohe), доцентка кафедри біоінформатики Університету Північної Кароліни в Шарлотті. Вона збирала зразки, які увійшли до геномної бази Bat1K, і досліджує сенсорну геномику кажанів.

За словами Йое, кажани демонструють низку незвичних рис, які наука лише починає розуміти. Це летючі ссавці з високим метаболізмом, але водночас з низьким рівнем запалення та тривалою тривалістю життя. Вони здатні переносити деякі з найнебезпечніших вірусів на Землі, залишаючись при цьому відносно стійкими до хвороб.

Наявність детальних геномних ресурсів, отриманих завдяки Bat1K, тепер дозволяє перевіряти давні гіпотези про те, які саме генетичні механізми лежать в основі цих незвичайних властивостей.

FOXP2, нюх і різні режими ехолокації

Йое працює в межах консорціуму над проєктами із сенсорної геноміки, зокрема над дослідженням еволюції гена FOXP2, який пов’язують із навчанням вокалу. Вона аналізує, як варіації цього гена змінюються у різних групах кажанів із відмінними режимами ехолокації.

Ця робота спирається на її попередні дослідження генетичних і морфологічних основ хемочутливості у кажанів. Зокрема, Йое вивчала еволюцію генів нюхових рецепторів у неотропічних видів кажанів, які мають різноманітні раціони. Такі порівняння допомагають з’ясувати, як зміни в геномі пов’язані з переходом до нових типів їжі й екологічних ніш.

Польові дослідження й відстеження патогенів

Участь Йое в глобальній ініціативі Bat1K поєднується з її освітньою місією в UNC Charlotte. Вона очолює програму Міжнародного дослідницького досвіду для студентів (IRES) під назвою BATS — Better Access for Training Scientists in Methods to Conserve Bats and Detect Emerging Pathogens.

У межах цієї програми щороку до восьми студентів зі США — бакалаврів і магістрів — вирушають до Центру біорізноманіття та зникаючих видів у Хошиміні (В’єтнам). Там вони відбирають зразки кажанів у національних парках, використовують недорогі «лабораторії в рюкзаку» для секвенування молекулярних даних і моніторингу патогенів у популяціях.

Студенти також опановують наукову комунікацію — створюють подкасти та беруть участь у публічних заходах, одночасно отримуючи практичний досвід роботи з кажанами й вивчення нових патогенів.

Від еволюції до здоров’я людини

Дослідження Bat1K проливає світло на глибоке еволюційне коріння незвичної стійкості кажанів до хвороб. Програма IRES, своєю чергою, забезпечує підготовку молодих науковців, які зможуть вивчати зв’язок між кажанами й новими патогенами в реальних умовах.

Разом ці ініціативи відповідають місії Центру обчислювального інтелекту для прогнозування екологічних і здоров’ятних ризиків (CIPHER), що поєднує обчислювальні підходи UNC Charlotte з глобальною науковою підготовкою і впливом на громадське здоров’я.