Сомалийские пещерные рыбы (Phreatichthys andruzzii), которые обитали в темноте последние три миллиона лет, утратили способность к фотореактивации.
Это механизм восстановления повреждений в ДНК, которые вызываются ультрафиолетовым излучением и он отсутствует не только у P.andruzzii, но и у плацентарных млекопитающих. Как говорится в Current Biology, результаты исследования косвенно подтверждают гипотезу «ночного бутылочного горлышка», согласно которой млекопитающие адаптировались к дневному образу жизни только после вымирания динозавров.
Репарация ДНК — восстановление разрывов и химических повреждений, которые могут появляться как в процессе биосинтеза ДНК, так и под действием каких-то других факторов, например, вредных химических веществ или ультрафиолетового излучения. Под действием ультрафиолета некоторые нуклеотиды в ДНК сшиваются между собой. В результате во время копирования ДНК ферменты считывают такие нуклеотиды неправильно, и это приводит к накоплению мутаций. Исправить такие сшитые нуклеотиды можно с помощью фотореактивации, в ходе которой ферменты ДНК-фотолиазы активируются видимым светом и удаляют сшитые нуклеотиды.
ДНК-фотолиазы, и, соответственно, способоность к фотореактивации есть у большинства животных, за исключением плацентарных млекопитающих. Поэтому для исправления повреждений в ДНК, вызванных ультрафиолетовым излучением, им приходится использовать более сложный и менее эффективный механизм репарации. Некоторые исследователи поддерживают гипотезу «ночного бутылочного горлышка», согласно которой предки современных плацентарных, жившие в одно время с динозаврами, вели исключительно ночной образ жизни. Так они спасались от более сильных рептилий, которые были активны днем. В результате млекопитающие утратили способность к фотореактивации, которая «запускается» видимым светом.
В новом исследовании немецкие и итальянские биологи под руководством Николаса Фолкса (Nicholas Foulkes) из Технологического института Карлсруэ изучили систему репарации ДНК у пещерной рыбы Phreatichthys andruzzii. Эти рыбы, эндемики Сомали, несколько миллионов лет обитали в пещерах, в полной темноте. Как и некоторые другие пещерные рыбы, в процессе эволюции P.andruzzii утратили пигментацию и ослепли. Ученые решили выяснить, как отсутствие солнечного света повлияло на механизмы репарации ДНК, сохранилась ли фотореактивация у P.andruzzii. Для сравнения авторы исследовали механизм репарации рыбок данио рерио, у которых есть активная фотореактивация.
Исследования генов трех ДНК-фотолиаз у сомалийских пещерных рыб показали, что в двух из них содержались мутации, «выключающие» активность этих ферментов. При этом у других рыб, данио рерио, ничего подобного не наблюдалось. Кроме того, у P.andruzzii появились мутации в сигнальной последовательности ДНК, которая координирует и усиливает фотореактивацию.
По мнению авторов, результаты исследования косвенно подтверждают гипотезу «ночного бутылочного горлышка». Они позволяют предположить, как млекопитающие, как и сомалийская пещерная рыба, утратили способность к фотореактивации из-за того, что в течение миллионов лет вынуждены были вести ночной образ жизни.
Ранее эволюционные биологи нашли еще одно подтверждение гипотезы «ночного бутылочного горлышка». Они рассчитали, что большинство млекопитающих перешли к дневному образу жизни либо за несколько миллионов лет до вымирания динозавров, около 75 миллионов лет назад, либо сразу после мел-палеогенового вымирания, примерно 65,8 миллионов лет назад.
Автор: Екатерина Русакова