Hoe walvissen en dolfijnen evolueerden voor het leven op zee
Een nieuwe studie toont aan dat de genomen van walvisachtigen, waaronder dolfijnen en walvissen, op belangrijke manieren zijn veranderd om deze dieren in staat te stellen van land- naar wateromgevingen over te gaan.
Hoewel walvisachtigen, zoals dolfijnen en walvissen, op vissen lijken en - net als vissen - in aquatische omgevingen leven, zijn het in feite in het water levende zoogdieren.
Daarom zijn ze in veel opzichten dichter bij op het land levende gewervelde dieren die levende jongen baren en ze vervolgens voeden.
Onderzoekers weten nu dat walvisachtigen ongeveer 52,5 miljoen jaar geleden zijn geëvolueerd van voorouders die op het land woonden, en overgingen naar een leven op zee.
Aan deze drastische verandering heeft deze groep zoogdieren zich in de loop van de tijd langzaam aangepast en verschillende biologische kenmerken ontwikkeld die voldoen aan de vereisten van het onderwaterleven.
Terwijl sommige - waaronder vinnen, zwemvliezen en een aquadynamische lichaamsvorm - gemakkelijk opvallen, zijn andere aanpassingen subtieler, maar daarom niet minder belangrijk.
Nu laat een studie van twee Max Planck-instituten in Dresden, Duitsland, de Universiteit van Californië in Riverside en het American Museum of Natural History in New York, NY zien hoe de genetische samenstelling van walvisachtigen is geëvolueerd om hen in staat te stellen in de oceaan te leven. .
In het onderzoekspaper, dat in het tijdschrift verschijnt Science Advances, leggen de auteurs uit dat deze overgang gedeeltelijk mogelijk was omdat specifieke genen in de loop van de millennia inactief zijn geworden bij dolfijnen, walvissen en andere walvisachtigen.
85 ‘verloren genen’ hebben mogelijk het leven op zee mogelijk gemaakt
Hoofdauteur Matthias Huelsmann en collega's waren geïnteresseerd in een beter begrip van hoe de genomen van walvisachtigen zich hadden aangepast om ze onder water te laten gedijen.
Om dit te doen, 'kamden' ze 19.769 genen in 62 verschillende soorten zoogdieren - waaronder, zoals ze in hun studiepapier uitleggen, 'vier walvisachtigen, twee vinpotigen [een clade die zeehonden en walrussen omvat], een lamantijn en 55 landzoogdieren. ”- op zoek naar genen die inactief waren geworden nadat walvisachtigen waren geëvolueerd uit hun voorouders die op het land woonden.
"Om genen nauwkeurig te identificeren die werden geïnactiveerd tijdens de overgang van land naar water in de stamlijn van walvisachtigen, hebben we gebruik gemaakt van het recentelijk gesequentieerde genoom van het gewone nijlpaard, een semi-aquatisch zoogdier dat [...] het meest in leven is ten opzichte van walvisachtigen. , en beschouwden alleen genen zonder gedetecteerde inactiverende mutaties in het nijlpaard, ”leggen de auteurs van het onderzoek uit.
Zo slaagde het team erin om 85 "verloren genen" te identificeren. Terwijl eerder onderzoek enkele hiervan al had geïdentificeerd, waren 62 (equivalent aan 73%) nieuwe ontdekkingen.
Een van de geïnactiveerde genen, zo leggen de onderzoekers uit, speelt een rol bij de speekselafscheiding. Hoewel speeksel op het land levende zoogdieren helpt om voedsel te smeren en te verzachten, en het spijsverteringsproces op gang te brengen door middel van specifieke enzymen, werd het voor in het water levende zoogdieren overbodig omdat water in plaats daarvan deze "taken" kan uitvoeren.
Twee andere genen die "verloren" raakten, waren nodig voor de vorming van bloedstolsels. Hun inactivering heeft echter waarschijnlijk andere wondafdichtingsmechanismen mogelijk gemaakt die meer nuttig waren voor de ontwikkeling van het waterleven.
Een ander belangrijk verlies was dat van bepaalde genen die betrokken zijn bij de longfunctie. Door de nieuwe genetische samenstelling kunnen de longen van walvisachtigen instorten wanneer ze diep in de zee duiken.
"Hoewel longinstorting een ernstig klinisch probleem voor mensen zou zijn, dient het om zowel het drijfvermogen als het risico op het ontwikkelen van decompressieziekte bij walvisachtigen te verminderen", leggen Huelsmann en collega's uit.
Walvisachtigen, zo blijkt, verloren ook alle genen waardoor zoogdieren melatonine kunnen synthetiseren, een hormoon dat helpt bij het reguleren van slaap- en waakcycli.
Bij deze in het water levende zoogdieren kan dit verlies hebben geleid tot de ontwikkeling van een ander type slaap dat unihemisferische slaap wordt genoemd. Bij deze vorm van slaap rust slechts de helft van de hersenen terwijl de andere helft alert blijft. Dit mechanisme zorgt ervoor dat walvisachtigen naar de oppervlakte kunnen zwemmen of indien nodig meer warmte kunnen produceren.
Al deze aanpassingen, zo beweren de onderzoekers, hebben er mogelijk toe geleid dat walvissen, dolfijnen en soortgelijke in het water levende zoogdieren meer als vissen zijn gaan leven.
"[Onze bevindingen suggereren dat genverliezen bij walvisachtigen niet alleen verband houden met aquatische specialisaties, maar ook betrokken kunnen zijn geweest bij de aanpassing aan een volledig aquatisch milieu", concluderen de onderzoekers.
