Um mehr über den Menschen zu erfahren, hat ein großes internationales Wissenschaftlerteam Jahre damit verbracht, einige der seltsamsten Kreaturen auf der Erde aufzuspüren.
Sie lagerten auf einer arktischen Eisscholle, um DNA von dem Narwal mit nur einem Stoßzahn zu sammeln, fingen eine winzige Hummelfledermaus in einer höhlenreichen Region Südostasiens und wagten sich hinter die Kulissen eines Zoos in der Karibik, um Blut aus dem Solenodon mit der schlanken Schnauze zu entnehmen , eines der wenigen giftigen Säugetiere der Welt.
Ein afrikanischer Savannenelefant. NOAH SNYDER ÜBER DIE NEW YORK TIMES
Forscher verglichen die Genome dieser Säugetiere mit denen einer Vielzahl anderer Säugetiere, darunter eines Erdferkels, eines Erdmännchens, eines Sternnasenmaulwurfs und eines Menschen. Auf diese Weise konnten sie DNA-Abschnitte identifizieren, die sich im Laufe der Äonen der Säugetierevolution kaum verändert haben und daher wahrscheinlich für die Gesundheit und das Funktionieren des Menschen von entscheidender Bedeutung sind.
Die von ihnen zusammengestellte genetische Datenbank umfasst die vollständigen Genome von 240 Arten, die mehr als 80 % der Säugetierfamilien des Planeten (einschließlich des Menschen) abdecken. Es könnte Wissenschaftlern helfen, eine Vielzahl von Fragen zu anderen Tieren zu beantworten, beispielsweise wann und wie sie sich entwickelt haben und welche biologischen Grundlagen einige ihrer ungewöhnlichen Talente haben.
„Welche erstaunlich coolen Dinge können diese Arten tun, die Menschen nicht können?“ sagte Elinor Karlsson, Genetikerin an der UMass Chan Medical School und am Broad Institute sowie Co-Leiterin des sogenannten Zoonomia-Projekts. „Wir halten den Menschen immer gerne für die besondere Spezies. Aber es stellt sich heraus, dass wir in vielerlei Hinsicht ziemlich langweilig sind.“
Der Zoonomia-Datensatz weist Einschränkungen auf. Es enthält nur ein Genom pro Art (mit Ausnahme des Haushundes, der zweimal sequenziert wurde), und Tausende von Säugetieren fehlen.
Ein Amazonas-Delfin. MARCOS AMEND/PULSAR BILDER ÜBER DIE NEW YORK TIMES
Aber in einem neuen Paket von Papieren, veröffentlicht in Wissenschaft Kürzlich hat das Zoonomia-Team die Leistungsfähigkeit dieser Art von Multispezies-Daten demonstriert. Und es ist erst der Anfang.
„Die Sequenzierung vieler Genome ist nicht trivial“, sagte Michael G. Campana, ein Wissenschaftler für computergestützte Genomik am Smithsonian National Zoo and Conservation Biology Institute, der nicht an dem Projekt beteiligt war. „Was wirklich wichtig ist, ist die tatsächliche Nutzung dieser Daten.“
Hier sind einige der Dinge, die Zoonomia-Wissenschaftler bereits damit machen:
Die Grundlagen besonderer Fähigkeiten aufdecken
Um nach den Grundlagen außergewöhnlicher tierischer Talente zu suchen, suchten die Wissenschaftler nach genetischen Sequenzen, die sich ungewöhnlich schnell bei Arten entwickelt hatten, die ein bestimmtes Merkmal gemeinsam hatten, beispielsweise die Fähigkeit, Winterschlaf zu halten.
Ein krabbenfressender Makaken. NOAH SNYDER ÜBER DIE NEW YORK TIMES
In einer Analyse konzentrierten sich die Forscher auf Tiefschlaftiere wie den Fettschwanz-Zwergmaki und das Große Mausohr, die tage- oder wochenlang niedrige Körpertemperaturen aufrechterhalten können.
Die Forscher fanden Hinweise auf eine „beschleunigte Evolution“ in einer Vielzahl von Genen, darunter eines, das bekanntermaßen dazu beiträgt, Zellen vor temperaturbedingtem Stress zu schützen, und ein anderes, das einen mit dem Altern verbundenen Zellweg hemmt.
„Viele überwinternde Arten haben auch eine außergewöhnliche Langlebigkeit“, sagte Prof. Karlsson und brachte sie zu der Frage: Tragen die Veränderungen in diesem Gen zu ihrer langen Lebensdauer bei?
Die Forscher erforschten auch den Geruchssinn von Säugetieren. Tiere verfügen über eine große Auswahl an Geruchsrezeptoren, von denen jeder in der Lage ist, an bestimmte geruchsverursachende Moleküle zu binden; Arten mit mehr Geruchsrezeptorgenen haben im Allgemeinen einen schärferen Geruchssinn.
Als das Zoonomia-Team die Anzahl dieser Gene in jeder Art zählte, belegte der afrikanische Savannenelefant mit 4.199 den Spitzenplatz. Es folgten das Neunbindengürteltier und das Hoffmann-Zweifingerfaultier, während das Mittelamerikanische Agouti den vierten Platz belegte.
Eine gewöhnliche Vampirfledermaus. ERIKA MORCEGOS ÜBER DIE NEW YORK TIMES
Der Agouti „verfügt aus völlig unbekannten Gründen über eines der besten Geruchsrepertoires aller Säugetiere“, sagte Prof. Karlsson. „Es ist eine Erinnerung daran, wie viel Vielfalt es da draußen gibt, von der wir nichts wissen.“ (Hunde erwiesen sich in dieser Hinsicht nicht als „besonders besonders“.)
Andererseits verfügen Wale – eine Gruppe, zu der auch Delfine und Wale gehören – über eine bemerkenswert geringe Anzahl von Geruchsrezeptorgenen, was angesichts ihrer wässrigen Lebensräume sinnvoll ist. „Sie kommunizieren auf andere Weise“, sagte Kerstin Lindblad-Toh, Genetikerin am Broad Institute und der Universität Uppsala und die andere Leiterin des Zoonomia-Projekts.
Arten mit mehr Geruchsrezeptorgenen neigten auch dazu, mehr Geruchsmuscheln zu haben, knöcherne Strukturen in der Nasenhöhle, die den Geruchssinn unterstützen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass „wenn bestimmte Merkmale wichtig sind, sie sich auf vielfältige Weise entwickeln“, sagte Prof. Lindblad-Toh.
Sie fügte hinzu: „Ich denke, dass eines der wichtigsten Dinge an unserem Datensatz darin besteht, dass er die Genomsequenzierung für so viele verschiedene Arten generiert, dass die Menschen beginnen können, sich ihre Lieblingsmerkmale anzusehen.“
Porträts von Bevölkerungsgruppen malen
Im Februar 1925, mitten in einem Diphtherie-Ausbruch, lieferte eine Staffel von Schlittenhundeteams einen Notvorrat an Antitoxin nach Nome, Alaska, das durch Schnee isoliert war. Balto, einer der Hunde, die die letzte Etappe der Staffel liefen, wurde berühmt; Als er einige Jahre später starb, wurde sein ausgestopfter Körper im Cleveland Museum of Natural History ausgestellt.
Ein Weddell-Siegel. MARCOS AMEND/PULSAR BILDER ÜBER DIE NEW YORK TIMES
Ein Team von Zoonomia-Forschern hat nun ein kleines Stück dieses präparierten Gewebes verwendet, um mehr über den berühmten Schlittenhund und seine tierischen Artgenossen zu erfahren.
„Wir sahen darin eine kleine Herausforderung“, sagte Kathleen Morrill, eine Autorin des Balto-Artikels, die die Forschung als Doktorandin an der UMass Chan Medical School durchführte und jetzt leitende Wissenschaftlerin bei Colossal Biosciences ist. „Hier ist dieses eine Individuum, wirklich berühmt. Wir wissen nicht viel über seine Biologie. Was können wir über sein Genom sagen?“
Sie fanden heraus, dass Balto genetisch „gesünder“ war als moderne reinrassige Hunde, mit mehr vererbter genetischer Variation und weniger potenziell schädlichen Mutationen. Diese Feststellung ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass Schlittenhunde typischerweise für körperliche Leistung gezüchtet werden und eine Mischung verschiedener Rassen sein können.
Balto verfügte auch über eine Reihe genetischer Varianten, die bei Wölfen nicht vorhanden waren und bei modernen reinrassigen Hunden selten waren oder fehlten, fanden die Forscher heraus.
Viele Varianten befanden sich in Genen, die an der Gewebeentwicklung beteiligt sind, und könnten eine Reihe von für Schlittenhunde wichtigen Merkmalen wie Hautdicke und Gelenkbildung beeinflusst haben. Balto hatte zwei Exemplare dieser Varianten, eines von jedem Elternteil, was bedeutet, dass sie zu dieser Zeit bei anderen alaskischen Schlittenhunden wahrscheinlich zumindest einigermaßen häufig vorkamen.
„Wir bekommen ein viel klareres Bild davon, wie er war und wie seine Bevölkerung ausgesehen hätte“, sagte Katie Moon, Postdoktorandin an der University of California in Santa Cruz und Autorin des Artikels. „Und dieses Bild zeigt wirklich gut angepasste Arbeitsschlittenhunde.“
Aufschlussreiche evolutionäre Zeitlinien
Wissenschaftler diskutieren seit langem genau darüber, wie und wann die heutige vielfältige Säugetiervielfalt entstanden ist. Verzweigte sich der Stammbaum der Säugetiere erst nach dem Aussterben der Dinosaurier vor etwa 66 Millionen Jahren? Oder fand der Prozess weitgehend vor der Katastrophe statt?
Balto, 1920, ein alaskischer Schlittenhund, der sein Team auf der letzten Etappe des Serumlaufs 1925 nach Nome, Alaska, anführte. DIE NEW YORK TIMES
Eine neue Analyse mit den Zoonomia-Genomen legt nahe, dass die Antwort beides ist. Die Diversifizierung der Säugetiere begann vor etwa 102 Millionen Jahren, als die Kontinente der Erde fragmentierten und der Meeresspiegel zu steigen begann.
„Dadurch wurden die Vorläufer der modernen Abstammungslinien auf verschiedenen Landmassen isoliert“, sagte William Murphy, ein Evolutionsgenetiker an der Texas A&M University und Autor der Studie.
Nach dem Aussterben der Dinosaurier kam es jedoch zu einem weiteren Diversifizierungsschub, wie die Forscher herausfanden, als die Entstehung neuen Landes und das Verschwinden der vorherrschenden Reptilien den Säugetieren neue Lebensräume, Ressourcen und Möglichkeiten boten.
„Es ist ein wirklich bahnbrechendes Papier“, sagte Scott Edwards, ein Evolutionsbiologe in Harvard, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Es ist wahrscheinlich das größte seiner Art, wenn es darum geht, Säugetiere auf eine Zeitskala zu bringen.“
Das Zoonomia-Paket im weiteren Sinne sei „eine monumentale Arbeit“, fügte er hinzu. „Es wird wirklich den Standard für unser zukünftiges Verständnis der Säugetierevolution setzen.“
