Skąd się biorą rude koty? „Current Biology”

Naukowcy zidentyfikowali genetyczną mutację, która sprawia, że rude koty istnieją – informuje pismo „Current Biology”.

Jak powstały rude koty

.To, że rude koty są „jakieś inne”, ich właściciele wiedzą od dawna. Teraz naukowcy z USA odkryli trudno uchwytną mutację genetyczną, która sprawia, że koty są rude. Co ciekawe, mutacja ta nie występuje u żadnego innego ssaka.

Pomarańczoworude ubarwienie występuje u wielu ssaków – tygrysów, golden retrieverów, orangutanów, ludzi (zwłaszcza Irlandczyków), jednak tylko u kotów barwa ta jest powiązana z płcią – znacznie częściej występuje u samców.

„U wielu gatunków, które mają żółty lub pomarańczowy pigment, mutacje te występują niemal wyłącznie w jednym z dwóch genów, a żaden z tych genów nie jest sprzężony z płcią” — powiedział dr Christopher Kaelin z Stanford University School of Medicine (USA), genetyk i główny autor badania. – „To wyjątek genetyczny, który zauważono ponad sto lat temu. Ta zagadka genetyczna zmotywowała nas do zainteresowania się rudym kolorem sprzężonym z płcią”.

To, że rude są głównie samce, wskazywało na obecność zmutowanego genu na chromosomie X. Jak u większości ssaków, kocie samice mają chromosomy płci XX, a samce XY. Każdy samiec z „rudym” genem sprzężonym z płcią będzie całkowicie rudy, ale ruda kotka musi odziedziczyć ten gen po chromosomach X obu rodziców, co jest mniej prawdopodobne.

Samice z jedną kopią rudego genu sprzężonego z płcią wydają się częściowo rude — mają sierść rudo- czarną lub rudo-brazową (kot szylkretowy) albo trójkolorową (czarno-biało-rudą lub brązowo -biało-rudą), zwaną kaliko (calico). 

Jest to spowodowane występującym u samic zjawiskiem genetycznym, zwanym losową inaktywacją chromosomu X – jeden chromosom X jest inaktywowany w każdej komórce. W wyniku tego powstaje mozaika komórek pigmentowych, z których niektóre wyrażają kolor rudy sprzężony z płcią, a inne nie.

Opierając się na wcześniejszych badaniach, które zaczęły zawężać obszar chromosomu X zawierający mutację, Kaelin i jego współpracownicy skupili się na rudym kolorze sprzężonym z płcią. Było to możliwe dzięki oparciu się na wynikach wcześniejszych badań, obejmujących kompletne zsekwencjonowane genomy rozmaitych kotów. Naukowcy zebrali również próbki kociego DNA w klinikach sterylizacji i kastracji.

Najpierw poszukiwano na chromosomie X wariantów wspólnych dla samców rudych kotów – udało się znaleźć 51 kandydatów. Aż 48 z nich wyeliminowano, ponieważ występowały również u niektórych kotów o umaszczeniu innym niż rude. Z trzech pozostałych wariantów jeden wyróżniał się jako prawdopodobnie odgrywający rolę w regulacji genów: była to niewielka delecja (utrata fragmentu genomu), która zwiększyła aktywność pobliskiego genu znanego jako Arhgap36.

Nietypowa mutacja

.Arhgap36 był wcześniej badany przez naukowców zajmujących się rakiem i biologią rozwoju. Jest on normalnie aktywny w tkankach neuroendokrynnych, gdzie jego nadmierna ekspresja może prowadzić do guzów. Nic dotychczas nie wskazywało, że ma on związek z pigmentacją. A jednak Kaelin i współpracownicy odkryli taką zależność u rudych kotów.

„Arghap36 nie jest wyrażany w komórkach pigmentowych myszy, w komórkach pigmentowych ludzi ani w komórkach pigmentowych kotów o umaszczeniu innym niż rude” — zaznaczył Kaelin. – „Mutacja u rudych kotów wydaje się włączać ekspresję Arghap36 w typie komórek, gdzie normalnie nie jest wyrażana – w komórkach pigmentowych”.

Ta nietypowa ekspresja w komórkach pigmentowych hamuje pośredni etap dobrze znanej ścieżki molekularnej, która kontroluje kolor sierści — tej samej, która działa u innych ssaków o rudym odcieniu. U tych gatunków typowe rude mutacje zakłócają wcześniejszy etap tej ścieżki; u kotów sprzężona z płcią ruda mutacja zakłóca późniejszy etap.

„Z pewnością jest to bardzo nietypowy mechanizm, w którym dochodzi do błędnej ekspresji genu w określonym typie komórek” — powiedział Kaelin.

Jak podkreślają autorzy badania, wysiłki mające na celu poznanie, w jaki sposób domowe koty nabywają różne kolory i wzory, są punktem wyjścia do zrozumienia powstawania innych cech fizycznych: od plam geparda po opływowe ciała delfinów. Kolor rudy sprzężony z płcią jest nowym przykładem tego, jak ewolucja zachodzi na skalę molekularną.

„Uważamy, że to przykład tego, w jaki sposób geny nabywają nowe funkcje, które umożliwiają adaptację” — powiedział Kaelin, który badał również kolory i wzory u psów, gepardów, tygrysów, niedźwiedzi, zebr i chomików.

W przypadku rudych kotów „adaptacja” mogła być po prostu naszym kaprysem. Wieki temu rzadkie rude, kaliko lub szylkretowe koty mogły zwrócić uwagę ludzi, którzy zachęcali do ich rozprzestrzeniania się. Współcześnie rude koty są szeroko rozpowszechnione na całym świecie.

„To coś, co pojawiło się u kota domowego, prawdopodobnie na wczesnym etapie procesu udomowienia” — podkreślił Kaelin. – „Wiemy to, ponieważ istnieją malowidła datowane na XII wiek, na których widać wizerunki kotów kaliko. Mutacja jest więc dość stara”.

Czy „rudy gen” odpowiada tylko za kolor sierści? „Na podstawie naszych obserwacji można się spodziewać, że jest to wysoce specyficzne dla komórek pigmentowych” — wskazał Kaelin.

Naukowcy zmierzyli ekspresję Arhgap36 również w kilku tkankach innych niż skóra — nerkach, sercu, mózgu i nadnerczach — i nie znaleźli żadnych różnic między kotami rudymi a nierudymi.

„Nie sądzę, abyśmy mogli wykluczyć możliwość, że w jakiejś tkance, której nie badaliśmy, występuje zmieniona ekspresja genu, która mogłaby mieć wpływ na zachowanie” — przyznał Kaelin. Uważa on jednak, że reputacja rudych kotów jako „przyjaznych agentów chaosu” prawdopodobnie wynika z tego, że większość z nich jest płci męskiej. Jak zaznaczył naukowiec, „nie ma wielu badań naukowych nad osobowością rudych kotów”.

Oprócz ekspertów ze Stanforda, w badaniu wzięli także udział naukowcy z Brown University, Frederick National Laboratory for Cancer Research i Auburn University (USA).

Rewolucje dzięki ewolucji

.Absolwentka Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Wrocławskiego, Sylwia BORSKA, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Czym jest ewolucja? Według Karola Darwina i jego zwolenników, proces ten opiera się przede wszystkim na występowaniu zmienności oraz działaniu doboru naturalnego, który preferuje w kolejnych populacjach osobniki lepiej przystosowane do określonych warunków. Oznacza to wzmacnianie takich cech dziedzicznych, które zwiększają szansę przeżycia i wydania zdrowego potomstwa. Czynnikiem selekcjonującym może być dostęp do pokarmu, obecność naturalnych wrogów, czy też po prostu dostęp do partnera”.

„Rozglądając się uważnie wokół siebie możemy zaobserwować bioróżnorodność otaczającej przyrody, zarówno gatunków jak i całych ekosystemów”.

„Dowodów na istnienie ewolucji jest bardzo wiele. Dostarczają ich dziedziny nauki takie jak paleontologia, filogenetyka, ewolucyjna biologia rozwoju czy genetyka. Większość ludzi kojarzy ewolucję z procesem bardzo powolnym, co jednocześnie powoduje błędne przeświadczenie, że hipotez ewolucyjnych nie da się zbadać eksperymentalnie”.

„Tymczasem można podać liczne przykłady ewolucji dokonującej się niejako na naszych oczach. Rozglądając się uważnie wokół siebie, możemy zaobserwować bioróżnorodność otaczającej przyrody, zarówno gatunków jak i całych ekosystemów. Bez trudu możemy odnaleźć gatunki mające organy szczątkowe jak np. zredukowane skrzydła u ptaków zwanych nielotami. Niektóre z tych adaptacji są bardzo młode. Przykładem są papugi kakapo. Jak napisał D. Adams w książce Ostatnia okazja by ujrzeć: (…) biedny kakapo nie tylko zapomniał jak się lata, ale zapomniał również o tym, że zapomniał. Ptak ten od czasu do czasu nadal uparcie próbuje wznosić się w powietrze lecz za każdym razem spada jak kamień w dół” – pisze Sylwia BORSKA w tekście „Rewolucje dzięki ewolucji” – cały artykuł [LINK]

PAP/Paweł Wernicki/eg