Еволюционна грешка превръща конете в първокласни атлети

Състезателните коне от чистокръвна порода са биологично чудо, което консумира кислород с удивителна скорост, повече от два пъти по-висока от тази на елитните спортисти, предава „Наука OFFNews“.

По време на интензивни тренировки тези животни преработват до 360 литра кислород в минута, задоволявайки огромните енергийни нужди на мускулите, които съставляват повече от половината от телесното им тегло.

От години изследователите се питат

как конете са развили тези изключителни способности.

Вкаменелости разказват, че те са започнали да се развиват като тревопасни с размерите на куче, преди да се превърнат в мощните бегачи, които познаваме днес. Но молекулярните промени, които са позволили тази трансформация, са останали скрити досега.

Екип от изследователи от „Вандербилт“ и „Джонс Хопкинс“

наскоро разкриват интересен еволюционен обрат, който помага да се обясни метаболитната суперсила на конете. В работата си, публикувана в списание Science, те откриват нещо, което първоначално е изглеждало като генетична грешка, която би трябвало да е вредна. Но вместо това се е превърнала в предимство чрез хитър биологичен трик, който повишава производството на енергия.

Изследователите са проучили системата, която контролира как клетките се справят със стреса от изгарянето на кислород. Тази система става особено важна при физически натоварвания. Тя включва два основни участника: протеин, наречен KEAP1, който действа като сензор за стрес, и друг, наречен NRF2, който включва защитни гени, когато е необходимо.

При разглеждането на гена KEAP1 при коне, зебри и магарета

учените забелязват странен генетичен „знак стоп“ в началото на инструкциите на гена. Обикновено този вид мутация би прекратила преждевременно производството на протеини, създавайки скъсени, неработещи протеини, които причиняват заболявания.

Въпреки това тези животни не само оцеляват с това, което би трябвало да е вредна мутация, но и се отличават като едни от най-големите атлети в природата. Това противоречие кара изследователите да се задълбочат.

При конете и техните роднини този генетичен знак „стоп“ всъщност не спира нищо. Вместо това клетъчният механизъм го пренебрегва и продължава да чете, като вмъква различен от първоначално съществуващия градивен елемент (аминокиселина).

Модифицираният KEAP1 става по-чувствителен на стреса от изгарянето на кислорода, което води до повишена защитна активност. По този начин се създават повече антиоксиданти, които предпазват клетките от увреждане, като същевременно увеличават производството на енергия.

Екипът потвърждава тези ефекти, като сравнява мускулни клетки на кон и мишка.

Клетките на коня изгаряли значително повече кислород и произвеждали повече енергия. Когато са изложени на вредни съединения, конските клетки също се оказват много по-устойчиви на увреждане, отколкото клетките от други видове.

За да проверят дали тази специфична мутация пряко причинява тези ефекти, изследователите създават клетъчни модели за сравнение на оригиналната форма на KEAP1 с конската версия. Конската версия винаги е активирала повече защитни механизми и е повишила производството на енергия.

Изследователите установяват, че конете имат допълнителни мутации в клетъчните механизми, които четат генетичен материал. Тези мутации подобряват способността за четене на знаците „стоп“, особено в гена KEAP1.

Времето, в което се е появило това генетично нововъведение,

съвпада с това, което знаем за еволюцията на конете. Всички съвременни коне, зебри и магарета споделят тази мутация, което предполага, че тя е еволюирала в общия им прародител преди около 4 – 4,5 милиона години. Това съвпада с адаптацията на конете към откритите пасища и еволюцията на стъпалата с един пръст – промени, които позволяват по-голяма скорост и издръжливост.

Тази адаптация е помогнала за превръщането на скромните тревопасни в животни, способни да развиват устойчива скорост и издръжливост, благодарение на генетична грешка, която по ирония на съдбата повишава ефективността им.