Основы приобретения холодочувствительности при эволюции тетрапод
Учитывая, что температура влияет на все биологические операции, эволюция термосенсорной адаптации имеет решающее значение в формировании специализированной температурно-зависимой среды обитания организма. На клеточном уровне термосенсорные нейроны в ганглиях дорсального корня или ганглиях тройничного нерва иннервируют кожу и передают информацию о температуре спинному и головному мозгу. Чтобы наделить такие нейроны термической чувствительностью, животные имеют набор чувствительных к температуре ионных каналов, расположенных на клеточной мембране на молекулярном уровне.
Поскольку считается, что эволюционировавший домен MHR1-3, обнаруженный у наземных тетрапод, служит независимым устройством с чувствительностью к холоду, новое исследование сосредоточилось на изучении формирования этого домена в транзиторном рецепторном потенциале гена меластатина-8, наделяющего канал чувствительностью к холоду во время перехода от воды к суше.
Ученые показали, что ген меластатин-8 эволюционировал путем формирования и регуляции двух доменов: MHR1-3 и поровых доменов, определяя различные холодочувствительные свойства среди ортологов позвоночных. Этот ген в неактивном виде ученые обнаружили с помощью молекулярно-биологического оборудования у ближайших живых родственников четвероногих — лопастеперых рыб, в то время как зрелый домен MHR1-3 с независимой чувствительностью к холоду сформировался в меластатин-8 амфибий и рептилий, чтобы обеспечить активацию каналов холодом. Для такого вывода ученые предварительно создали филогенетическое дерево, включающее репрезентативных лучевых и лопастеперых рыб, амфибий и рептилий, чтобы подтвердить фиксацию гена.
Кроме того, положительный отбор в поровом домене, который регулировал эффективность холодной активации, появился позднее среди более продвинутых наземных тетрапод. Хотя животные, вовлеченные в переходные события, вымерли, происхождение гена меластатин-8 у лопастеперых рыб предполагает, что способность ощущать холод окружающей среды может быть интерпретирована как одно из нововведений, связанных с террализацией, из-за гораздо более быстрой реакции на радиационные воздействия, наблюдаемые в температуре суши, по сравнению с колебаниями температуры океана.
Таким образом, ученые подтвердили, что домен с независимой чувствительностью к холоду необходим для регуляторного механизма домена пор, где эффективность холодной активации в значительной степени изменяется эволюционной настройкой гидрофобности нескольких остатков во время диверсификации наземных тетрапод. Эти результаты продвигают понимание возникновения холодного восприятия во время эволюции и термодинамической основы холодной активации гена меластатин-8.
