Древние вирусы, заразившие позвоночных сотни миллионов лет назад, сыграли решающую роль в эволюции нашего развитого мозга и крупного тела, говорится в недавнем исследовании.
Статья, опубликованная в журнале Cell, посвящена происхождению миелина - изолирующего слоя ткани, который образуется вокруг нервов и позволяет электрическим импульсам проходить быстрее. По словам авторов, последовательность генов, полученная от ретровирусов, которые вторгаются в ДНК хозяина, имеет решающее значение для производства миелина, и этот код сегодня встречается у современных млекопитающих, амфибий и рыб.
"Самое замечательное - это то, что все разнообразие современных позвоночных, о котором мы знаем, и те размеры, которых они достигли: слоны, жирафы, анаконды, лягушки-быки, кондоры - все это было бы невозможным без миелина", - говорит старший автор работы, нейробиолог Робин Франклин из Altos Labs-Cambridge Institute of Science.
Ученые проанализировали базы данных геномов, чтобы попытаться обнаружить гены, которые, вероятно, связаны с клетками, производящими миелин. В частности, они были заинтересованы в изучении загадочных "некодирующих областей" генома, которые не имеют очевидной функции и когда-то считались ненужными, но теперь признаны эволюционно важными. В результате поисков Франклин наткнулся на последовательность, полученную от эндогенного ретровируса, давно скрывающегося в наших генах, которую авторы назвали "ретромиелином".
Чтобы изучить свою находку, авторы провели эксперименты, в которых они отключили последовательность ретромиелина в клетках крыс, и обнаружили, что они больше не производят основной белок, необходимый для формирования миелина. Затем они стали искать последовательности, похожие на ретромиелин, в геномах других видов и обнаружили аналогичный код у челюстных позвоночных - млекопитающих, птиц, рыб, рептилий и амфибий, - но не у бесчелюстных позвоночных или беспозвоночных. Это позволило им предположить, что последовательность появилась на древе жизни примерно в то же время, что и челюсти, которые впервые развились около 360 миллионов лет назад в девонском периоде, называемом "эпохой рыб".
"Эволюция всегда стремилась к тому, чтобы нервные волокна быстрее проводили электрические импульсы", - поясняет Франклин. "Если они делают это быстрее, то и действовать можно быстрее, - добавил он, - что полезно как для хищников, пытающихся поймать добычу, так и для жертв, пытающихся убежать".
Миелин обеспечивает быструю передачу импульсов, не увеличивая диаметр нервных клеток, что позволяет им располагаться ближе друг к другу. Он также обеспечивает структурную поддержку, а значит, нервы могут расти в длину, что позволяет удлинять конечности. В отсутствие миелина беспозвоночные нашли другие способы более быстрой передачи сигналов - например, гигантские кальмары выработали более широкие нервные клетки.
Наконец, исследователи решили узнать, была ли ретровирусная инфекция однократной, у одного вида-предка, или же она происходила несколько раз. С помощью вычислительных методов они проанализировали последовательности ретромиелина у 22 видов челюстноротых позвоночных и обнаружили, что последовательности были более схожи внутри видов, чем между ними, что говорит о нескольких волнах инфекции.
"Мы склонны думать о вирусах как о патогенах, или возбудителях болезней", - говорит Франклин. "Но на самом деле все гораздо сложнее: в разные периоды истории ретровирусы проникали в геномы и интегрировались в репродуктивные клетки видов, позволяя передавать их будущим поколениям. Одним из наиболее известных примеров является плацента - одна из определяющих характеристик большинства млекопитающих, - которую мы приобрели благодаря патогену, встроенному в наш геном в глубоком прошлом, и, вероятно, нас ждет еще много открытий".
Брэд Зучеро, нейробиолог из Стэнфордского университета, не принимавший участия в исследовании, сказал, что оно "заполняет важный фрагмент головоломки о том, как миелин появился в ходе эволюции", назвав статью "захватывающей и проницательной".
