鲸类的基因组,包括海豚和鲸鱼,已经发生了重要变化,从而使这些动物从陆地环境过渡到水生环境。尽管鲸类(例如海豚和鲸鱼)看起来像鱼,并且像鱼一样生活在水生环境中,但实际上它们是水生哺乳动物。
因此,它们在许多方面都更接近陆生脊椎动物,这些脊椎动物生下年轻的生命然后加以护理。现在,研究人员知道,鲸类是从约万年前的陆地祖先演化而来的,并过渡到海上生活。
对于这种剧烈的变化,这组哺乳动物随着时间的流逝逐渐适应了不同的生物特征,从而适应了水下生物的需求。
尽管其中一些(包括鳍,鳍状肢和具有水动力的身体形状)很容易被注意到,但其他调整则更为微妙,但同样重要。
鲸类动物的遗传构成是如何进化的,从而使其可以生活在海洋中。这种转变在某种程度上是可能的,因为特定的基因在过去的几千年中已在海豚,鲸鱼和其他鲸类中变得不活跃。
85种“丢失的基因”可能促进了海上生活
鲸类的基因组如何适应以使其在水下繁衍生息。为此,他们在62种不同的哺乳动物中“合成”了19,个基因-包括,寻找在鲸类从其祖先的祖先进化而来后失去活性的基因。
为了精确识别鲸类科动物从陆地向水域过渡过程中失活的基因,我们利用了最近测序的共同河马基因组,该河马是一种半水生哺乳动物,是最接近的活着的近亲对于鲸类,并且只考虑了在河马中未检测到失活突变的基因。。
因此,研究小组设法鉴定出85个“丢失的基因”。尽管先前的研究已经确定了其中的一些,但有62个(相当于73%)是新发现。
一种失活的基因在唾液分泌中起作用。唾液虽然可以帮助居住在陆地上的哺乳动物润滑和软化食物,并通过特定的酶来启动消化过程,但对于水生哺乳动物来说却没有必要,因为水可以代替这些来完成这些“工作”。
其他两个成为“丢失”的基因对于血凝块形成是必需的。但是,它们的失活很可能使其他伤口密封机制得以发展,这些机制对水生生物的进化更加有帮助。另一个关键的损失是与肺功能有关的某些基因的损失。
尽管肺萎陷对人类来说是一个严重的临床问题,但它可以减少浮游动物的活动,并减少鲸类动物出现疾病的风险。事实证明,鲸类还丢失了所有允许哺乳动物合成褪黑激素的基因,褪黑激素是一种有助于调节睡眠和清醒周期的激素。
在这些水栖哺乳动物中,这种损失可能导致了另一种类型的睡眠的演变,这种睡眠称为单半球睡眠。在这种睡眠形式中,只有一半的大脑休息,而另一半保持机敏。这种机制允许鲸类游向水面或在必要时产生更多的热量。
所有这些适应措施可能有助于鲸鱼,海豚和类似的水生哺乳动物开始更像鱼一样生活。鲸类中的基因损失不仅与水生专业有关,而且可能与适应完全水生环境有关。