Około 100 milionów lat temu grupa żółwi lądowych przeniosła się do oceanów, ostatecznie ewoluując w żółwie morskie, które znamy dzisiaj. Jednak podstawy genetyczne, które umożliwiły im rozwój w oceanach na całym świecie, pozostają w dużej mierze nieznane. W badaniach opublikowanych niedawno w Proceedings of the National Academy of Sciences, międzynarodowy zespół 48 naukowców kierowany przez University of Massachusetts Amherst we współpracy z Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research oraz Vertebrate Genome Project ujawnił niezwykle szczegółową mapę genetyczną dwa gatunki — żółwie zielone i skórzaste — pełne niespodzianek, które mogą stanowić klucz do ich przetrwania w szybko zmieniającym się świecie.
Genom pojedynczego gatunku zawiera genetyczny zestaw instrukcji użytych do zbudowania tego gatunku, a sekwencjonowanie genomu dowolnego gatunku wymaga ogromnej pracy. Jest to podobne do przetłumaczenia całej biblioteki na język, który naukowcy potrafią czytać i było to możliwe dopiero w ciągu ostatnich kilku dekad. W przypadku żółwi zielonych „szkic” genomu, zawierający około 100 000 informacji genetycznych, jest dostępny od 2013 r. „te fragmenty informacji genetycznej nie zostały dokładnie zmapowane. To było tak, jakbyś wszedł do biblioteki i znalazł 100 000 stron leżących na podłodze”.
Aby dokładniej skatalogować genomy żółwi, międzynarodowy zespół zwrócił się ku nowym technologiom, w tym sekwencjonowaniu długich odczytów – technice, która niedawno została nazwana metodą roku 2022 przez czasopismo Nature. Umożliwiło to sekwencjonowanie genomów praktycznie każdego żywego gatunku i robienie tego z dużo większą dokładnością niż było to wcześniej możliwe. Sekwencjonowanie genomów żółwi przeprowadzono zarówno na Uniwersytecie Rockefellera, w Laboratorium Genomu Kręgowców (VGL), kierowanym przez Ericha Jarvisa, który przewodniczy VGP, i Oliviera Fedrigo, który jest dyrektorem VGL, oraz w Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics autorstwa Eugene’a Myersa – wszyscy współautorzy nowego badania. „Te postępy pozwoliły nam zrobić odpowiednik układania wszystkiego na półkach zgodnie z systemem dziesiętnym Deweya, abyśmy mogli zacząć rozumieć, jak wszystko do siebie pasuje” — mówi Bentley.
Kiedy Bentley i jego współautorzy prawidłowo zorganizowali i opatrzyli adnotacjami dane genetyczne, zaczęli znajdować niespodzianki. Po pierwsze, chociaż zielone i skórzaste oddzieliły się od wspólnego przodka około 60 milionów lat temu, ich genomy są niezwykle podobne.
Podobne, ale nie takie same. “To właśnie te różnice czynią je wyjątkowymi” – mówi Lisa Komoroske, profesor ochrony środowiska na UMass i jedna z dwóch starszych autorek artykułu. I to właśnie te różnice mogą stanowić klucz do długoterminowego przetrwania każdego gatunku, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że populacje zarówno zielonych, jak i skórzastych odnotowały gwałtowne spadki z powodu działalności człowieka.
Okazuje się, że żółwie zielone wyewoluowały więcej genów odpowiedzialnych za odporność, co sugeruje, że układ odpornościowy jest lepiej przygotowany na nowe patogeny, a także więcej receptorów węchowych – mają lepsze zmysły węchu. Genom skórzasty pokazuje również, że zmniejszają one różnorodność genetyczną i historycznie miały niższy poziom populacji. „To zarówno błogosławieństwo, jak i przekleństwo”, mówi Komoroske, „ponieważ oznacza to, że chociaż skórzaste są odpornym gatunkiem, nie ma zbyt dużej różnorodności genetycznej, aby mogły ewoluować, aby sprostać wyzwaniom ich szybko zmieniającego się środowiska”. Takie spostrzeżenia pomogą biologom zajmującym się ochroną przyrody podejmować bardziej świadome decyzje dotyczące tego, jak najlepiej chronić te zwierzęta w obliczu wyzwań związanych z przystosowaniem się do naszej szybko zmieniającej się planety.
Co więcej, im więcej czasu Bentley i Komoroske spędzili na badaniu genomów żółwi, tym bardziej stało się jasne, że wiele różnic genetycznych między tymi dwoma gatunkami można znaleźć nie w makrochromosomach, ale w tym, co kiedyś uważano za „genetyczne”. śmieci”: mikrochromosomy lub małe fragmenty genetyczne, które wydają się nie istnieć u ssaków, ale są charakterystyczne dla genomów ptaków i gadów. „Na tych mikrochromosomach znaleźliśmy większość rozbieżności między zielenią a skórą skórzastą” – mówi Camila Mazzoni, badaczka z Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research oraz inny starszy autor badania. znaczenie mikrochromosomów w ewolucji kręgowców”.
„Jedynym sposobem, w jaki mogliśmy w ogóle wykonać tę pracę, była niesamowita sieć współpracy, która zgromadziła naukowców z różnych dziedzin razem z organizacjami takimi jak Vertebrate Genome Project i Southwest Fisheries Science Center NOAA Fisheries, wspieranymi przez fundatorów z całego świata”, mówi Komoroskie. Rzeczywiście, badania były wspierane przez National Science Foundation, National Oceanic and Atmospheric Administration, Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics, National Institutes of Health, Howard Hughes Medical Institute, Vertebrate Genomes Project, Sanger Institute, São Paolo Research Foundation, Niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych, Generalitat de Catalunya, La Caixa Foundation, Vienna Science and Technology Fund, City of Wiedeń, rząd walijski Sêr Cymru II, program Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 w ramach grantu Marie Skłodowska-Curie, Florida Program Grantów dla Żółwi Morskich oraz indywidualni międzynarodowi darczyńcy.