Мы не стали сумчатыми из-за генетического паразита

Биологи выяснили, что плацента - важнейший орган для внутриутробного вынашивания детенышей, появилась у млекопитающих благодаря генетическому паразиту, которого они когда-то удачно подхватили. А сумчатые, которые вовремя не заразились, вынуждены были вместо плаценты завести сумку на животе.

Плацентарные млекопитающие, к которым относится и человек, эволюционно приобрели очень важный признак, который значительно повысил выживаемость детенышей. Их эмбрион прикрепляется к внутренней стенке матки при помощи плаценты, через которую происходит обмен веществ между кровью эмбриона и матери. Это позволило плацентарным млекопитающим завоевать мир, не только приспособившись к жизни в самом разном климате, но даже вторично освоив океан.

Гюнтер Вагнер (Gunter Wagner) и его коллеги из Йельского университета (Yale University ) изучили, какие генетические изменения привели к такой адаптации. Для сравнительного анализа им послужили три объекта: человек, броненосец (древнее и наиболее примитивное плацентарное млекопитающее) и опоссум (представитель сумчатых). Кстати, у сумчатых эмбрион тоже развивается в матке, но из-за отсутствия плаценты его связь с организмом матери слаба, поэтому детеныш рождается недоразвитым и доращивается в сумке.

У трех видов ученые проследили за работой всех генов, которые начинают работать в клетках внутренней оболочки матки – эндометрия, сразу после оплодотворения. Все гены, которые в этот момент экспрессировались, порождая РНК на матрице ДНК, подверглись секвенированию – определению последовательности нуклеотидов. Таким образом, генетики закартировали 17,5 тысяч человеческих генов, 10,6 тысяч генов броненосца и 11,8 тысяч генов опоссума.

Плацента или сумка

При этом, оказалось, что 1532 гена работают у человека и броненосца, но молчат у опоссума, а 199 генов экспрессируются только у опоссума, но не у двух других видов. И это представляло наибольший интерес для понимания разницы между сумчатым и плацентарными. Ученые сделали вывод, что именно эти 1532 гена были вовлечены в работу для того, чтобы эволюция сделала радикальный шаг, и появилась плацента. А 199 генов направили работу репродуктивной системы по другом пути, и стала развиваться сумка.

Судьбоносный паразит

Среди общих генов для человека и броненосцев большинство отвечают за прикрепление эмбриона к матке, к ним относится также и ген пролактина, который обеспечивает лактацию. Ученые обнаружили, что работа этих генов связана с активацией мобильного генетического элемента – транспозона (MER20s). Этот элемент, характерный только для плацентарных млекопитающих, расположен рядом с указанными генами и запускает их работу. После оплодотворения MER20s реагирует на гормоны, вырабатывающиеся в женском организме.

Транспозоны – это «генетические паразиты», они наподобие вирусов внедряются в хозяйский геном и размножают себя в виде множества копий. Некоторые из них впоследствии начинают влиять на работу генов и иногда оказываются очень полезны. По мнению ученых, они в свое время сыграли большую роль в эволюции человека.

Статья о том, как плацентарные млекопитающие генетически размежевались с сумчатыми, опубликована в сегодняшнем выпуске Nature genetics.