Генетический анализ южноамериканской иконы показывает, как она защищает от повышенного риска развития рака.
Мать капибары и ее детеныш в Пантанале, Бразилия.
На планете, полной странных животных, капибары стоят особняком.
В шестьдесят раз тяжелее своего ближайшего современного родственника, самые большие в мире живущие грызуны размером примерно с маленького взрослого человека. Они проводят свои дни, жуя траву на берегах рек Южной Америки.
Но то, что позволило капибарам стать нежными гигантами, было окутано тайной - до сих пор.
В новом исследовании, опубликованном на сервисе препринтов bioRxiv, группа ученых из Колумбии, Швеции и США секвенировала ДНК водосвинки и обнаружила намеки на систему роста на перегрузке. Их работа также выявила генетическую сигнатуру предполагаемого противоракового механизма, который однажды может вдохновить на создание новых методов лечения.
Ведущий автор исследования Сантьяго Эррера-Альварес начал изучать капибар, когда был студентом магистратуры Андского университета в Боготе. Сильная засуха 2014-2015 годов высушила многие реки Колумбии, оставив сельскую местность засушливой. Из-за недостатка растительности в пищу численность водосвинки резко сократилась.
Интересы Эрреры-Альвареса, однако, заключались не в непосредственных последствиях засухи. Вместо этого это событие вызвало у него любопытство к тому, как эта смесь морской свинки и бегемота вообще эволюционировала.
«Капибара - культовое животное Южной Америки», - говорит он.
Строим гиганта
Предки водосвинки эволюционировали в Африке около 80 миллионов лет назад и прибыли в Южную Америку 40 миллионов лет спустя. Все его родственники - грызуны нормального размера; например, родственные морские свинки, обитающие в кустарниках восточной Бразилии, весят всего 1 кг (2 фунта) каждая.
Грызуны, как правило, крошечные, потому что более мелкие животные могут лучше прятаться, а более крупные хищники могут счесть их не стоящими усилий, объясняет биолог-эволюционист Университета Дьюка В. Луиза Рот. Но в то время, когда капибары прибыли в Южную Америку, этот регион был почти полностью лишен хищников, что, возможно, позволило их предкам начать увеличиваться в размерах.
«Без хищников давление, удерживающее грызунов маленькими, снижается», - объясняет Рот.
Согласно новому исследованию, секрет того, как капибара смогла вырасти более чем на порядок, долгое время был скрыт в ее ДНК. Кавиоморфы - подгруппа грызунов, в которую входят капибары, - имеют уникальную форму инсулина.
Помимо регулирования уровня сахара в крови, инсулин также заставляет клетки делиться. Эррера-Альварес и его коллеги обнаружили, что у капибар не было больше инсулина. Вместо этого миллионы лет естественного отбора увеличили способность инсулина приказывать своим клеткам делиться, ускорив их рост и породив мохнатое животное весом 45 кг (100 фунтов).
Управление рисками
У того, чтобы стать таким большим, есть свои недостатки. Помимо потребности в большем количестве пищи для поддержания большого тела, капибаре пришлось бороться с повышенным риском развития рака по мере увеличения ее размера.
Если у каждой клетки есть фиксированная вероятность того, что она станет злокачественной, то животные с большим количеством клеток должны иметь больше шансов заболеть раком. Но это не то, что происходит. Например, несмотря на то, что слоны в тысячи раз крупнее мышей, у слонов не больше шансов заболеть раком. Это известно как парадокс Пето, и биологи обнаружили несколько механизмов, которые эволюционировали у крупных животных, чтобы остановить рак до того, как он начнется.
Ученые обнаружили, например, что азиатские и африканские слоны лучше проверяют свою ДНК при делении клеток, что снижает количество мутаций, вызывающих рак. Гренландские киты, с другой стороны, развили более совершенные механизмы, препятствующие бесконтрольному делению клеток.
Команда Эрреры-Альвареса обнаружила, что водосвинки, похоже, выработали совершенно новую тактику. Их геном показал признаки того, что их иммунная система намного лучше обнаруживает и уничтожает клетки, которые делятся слишком быстро. Другими словами, капибары разработали собственную форму иммунотерапии рака.
“Я был очень удивлен. Я не ожидал, что может быть задействована иммунная система», - говорит он.
«То, что они обнаружили, действительно отличается от того, что происходит у других животных», - говорит Винсент Линч, биолог-эволюционист рака из Чикагского университета. «Может быть, не так сложно, как мы думали, развить эти противораковые пути».
И Линч, и Рот высоко оценили работу, назвав ее тщательной и творческой, хотя и предупредили, что результаты являются предварительными и требуют дополнительных экспериментов в лаборатории.
А насчет того, можно ли официально назвать водосвинок гигантами среди грызунов, еще не принято решение.
«У биологов нет определения слова «гигант», - говорит Рот. «В конце концов, я полагаю, это то, насколько они вас впечатлили».