Почему ленивцы такие медленные? Ученые нашли генетическую разгадку

Ленивцы — самые неторопливые млекопитающие на планете, однако их скрытный образ жизни в густых лесах долгое время затруднял изучение. Теперь, благодаря первому в истории секвенированию и анализу генома двупалого ленивца, ученые смогли пролить свет на генетические основы их уникального метаболизма. Результаты исследования, опубликованные в журнале BMC Biology, указывают на роль специфических «прыгающих генов» (транспозонов), которые сохранялись на протяжении миллионов лет и напрямую связаны с обменом веществ. Эти данные не только объясняют биологическую уникальность ленивцев, но и открывают перспективы для изучения метаболизма и старения у других млекопитающих, включая человека — в том числе в условиях длительных космических полетов.

Наряду с броненосцами и муравьедами, ленивцы относятся к отряду неполнозубых (Xenarthra) — единственной группе плацентарных млекопитающих, чья эволюция началась в Южной Америке около 65,5 миллионов лет назад. Среди их предков были даже гигантские наземные формы размером со слона. Современные же ленивцы ведут древесный образ жизни и делятся на две основные группы: двупалые (ленивец Линнея и ленивец Гофмана) и трехпалые (бурогорлый, трехпалый, ошейниковый и карликовый ленивцы).

У ленивцев самый низкий уровень метаболизма среди всех млекопитающих: зачастую он составляет менее половины от ожидаемого для их размеров тела. Чтобы экономить энергию, они способны переключаться между активной терморегуляцией и изменением температуры тела в соответствии с окружающей средой, допуская колебания до 5 градусов Цельсия. При всей своей внешней медлительности, ленивцы демонстрируют удивительную способность преодолевать значительные расстояния вплавь в поисках партнера.

Чтобы глубже изучить эту необычную биологию, авторы работы извлекли ДНК из тканей ленивцев, содержащихся в неволе, и провели секвенирование в Институте молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка в Германии. Исследователи из Института Сенгера в Кембридже и Института исследований зоопарков и дикой природы Лейбница в Берлине проанализировали полученные данные, сравнив их с геномами других млекопитающих, таких как муравьеды и броненосцы, с помощью методов сравнительной геномики.

Ученые обнаружили в геноме ленивцев участки ДНК, способные копировать себя и перемещаться по геному. Когда такой участок встраивается в функционирующий ген, он может либо нарушить его работу, вызывая мутацию, либо принести новую генетическую информацию, способствуя эволюционным изменениям. Анализ показал, что эти «прыгающие гены» возникли у общего предка всех современных ленивцев около 30 миллионов лет назад и с тех пор прочно закрепились в их генотипе.

Команда была удивлена, обнаружив, что многие из этих генов связаны с митохондриями — «энергетическими станциями» клеток — и путями метаболизма. Поскольку ленивцы обладают уникальным обменом веществ, исследователи полагают, что именно эти гены обеспечивают их адаптацию к окружающей среде и эволюционное закрепление крайне медленного метаболизма.

«Изучая таких необычных животных, как ленивцы, мы иногда открываем биологические решения, до которых эволюция других видов не дошла», — отметила доктор Марсела Улиано-Силбх, старший биоинформатик из Института Сенгера. «Используя геномику, чтобы заглянуть в прошлое, мы обнаружили "прыгающие гены", которые ленивцы сохраняли на протяжении миллионов лет. Их связь с митохондриями указывает на то, что они играют ключевую роль в эволюции самого медленного обмена веществ».

По словам доктора Камилы Мацони из отдела эволюционной генетики Института Лейбница, понимание того, как ленивцы сохраняют здоровье при столь низком метаболизме, может дать ключ к пониманию эффективности управления энергией в клетках. «Выводы исследования позволяют предположить, что ленивцы развили своего рода генетические "резервные системы", которые помогают компенсировать работу "спокойных митохондрий" и поддерживать их уникальный образ жизни».