鯨魚和海豚是如何在海洋中生活進化的?

2020-12-19 在對比中成長

鯨類的基因組,包括海豚和鯨魚,已經發生了重要變化,從而使這些動物從陸地環境過渡到水生環境。儘管鯨類(例如海豚和鯨魚)看起來像魚,並且像魚一樣生活在水生環境中,但實際上它們是水生哺乳動物。

因此,它們在許多方面都更接近陸生脊椎動物,這些脊椎動物生下年輕的生命然後加以護理。現在,研究人員知道,鯨類是從約5250萬年前的陸地祖先演化而來的,並過渡到海上生活。

對於這種劇烈的變化,這組哺乳動物隨著時間的流逝逐漸適應了不同的生物特徵,從而適應了水下生物的需求。

儘管其中一些(包括鰭,鰭狀肢和具有水動力的身體形狀)很容易被注意到,但其他調整則更為微妙,但同樣重要。

鯨類動物的遺傳構成是如何進化的,從而使其可以生活在海洋中。這種轉變在某種程度上是可能的,因為特定的基因在過去的幾千年中已在海豚,鯨魚和其他鯨類中變得不活躍。

85種「丟失的基因」可能促進了海上生活

鯨類的基因組如何適應以使其在水下繁衍生息。為此,他們在62種不同的哺乳動物中「合成」了19,769個基因-包括,尋找在鯨類從其祖先的祖先進化而來後失去活性的基因。

為了精確識別鯨類科動物從陸地向水域過渡過程中失活的基因,我們利用了最近測序的共同河馬基因組,該河馬是一種半水生哺乳動物,是最接近的活著的近親對於鯨類,並且只考慮了在河馬中未檢測到失活突變的基因。。

因此,研究小組設法鑑定出85個「丟失的基因」。儘管先前的研究已經確定了其中的一些,但有62個(相當於73%)是新發現。

一種失活的基因在唾液分泌中起作用。唾液雖然可以幫助居住在陸地上的哺乳動物潤滑和軟化食物,並通過特定的酶來啟動消化過程,但對於水生哺乳動物來說卻沒有必要,因為水可以代替這些來完成這些「工作」。

其他兩個成為「丟失」的基因對於血凝塊形成是必需的。但是,它們的失活很可能使其他傷口密封機製得以發展,這些機制對水生生物的進化更加有幫助。另一個關鍵的損失是與肺功能有關的某些基因的損失。

儘管肺萎陷對人類來說是一個嚴重的臨床問題,但它可以減少浮遊動物的活動,並減少鯨類動物出現疾病的風險。事實證明,鯨類還丟失了所有允許哺乳動物合成褪黑激素的基因,褪黑激素是一種有助於調節睡眠和清醒周期的激素。

在這些水棲哺乳動物中,這種損失可能導致了另一種類型的睡眠的演變,這種睡眠稱為單半球睡眠。在這種睡眠形式中,只有一半的大腦休息,而另一半保持機敏。這種機制允許鯨類遊向水面或在必要時產生更多的熱量。

所有這些適應措施可能有助於鯨魚,海豚和類似的水生哺乳動物開始更像魚一樣生活。鯨類中的基因損失不僅與水生專業有關,而且可能與適應完全水生環境有關。

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