برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انسان، یک تیم بزرگ بین المللی از دانشمندان سال ها صرف ردیابی برخی از عجیب ترین موجودات روی زمین کردند. آنها روی یک شناور یخی قطب شمال برای جمع‌آوری DNA از ناروال یک عاج چادر زدند، یک خفاش زنبور کوچک را در منطقه‌ای غنی از غار در جنوب شرقی آسیا به تور انداختند و در پشت صحنه باغ‌وحشی در دریای کارائیب جست‌وجو کردند تا از خرطومی با خرطوم باریک خون بگیرند. ، یکی از معدود پستانداران سمی جهان است.

محققان ژنوم این پستانداران را با مجموعه‌ای از پستانداران دیگر، از جمله آاردوارک، میرکات، خال بینی ستاره‌ای و انسان مقایسه کردند. با انجام این کار، آن‌ها توانستند بخش‌هایی از DNA را شناسایی کنند که در طی چندین سال تکامل پستانداران به سختی تغییر کرده‌اند و بنابراین احتمالاً برای سلامت و عملکرد انسان حیاتی هستند.

پایگاه داده ژنتیکی که آنها گردآوری کردند شامل ژنوم کامل 240 گونه است که بیش از 80 درصد از خانواده پستانداران سیاره (و از جمله انسان) را پوشش می دهد. این می تواند به دانشمندان کمک کند تا به طیف گسترده ای از سؤالات در مورد حیوانات دیگر پاسخ دهند، مانند زمان و چگونگی تکامل آنها و مبنای بیولوژیکی برخی از استعدادهای غیرعادی آنها.

“آن گونه ها چه کارهای شگفت انگیز جالبی می توانند انجام دهند که انسان ها نمی توانند انجام دهند؟” الینور کارلسون، متخصص ژنتیک در دانشکده پزشکی UMass Chan و موسسه Broad و یکی از رهبران پروژه Zoonomia گفت. ما همیشه دوست داریم که انسان ها را خاص ترین گونه ها بدانیم. اما به نظر می رسد که ما از بسیاری جهات واقعاً خسته کننده هستیم.»

مجموعه داده Zoonomia دارای محدودیت هایی است. در هر گونه فقط یک ژنوم وجود دارد (به استثنای سگ خانگی که دو بار توالی یابی شد) و هزاران پستاندار مفقود شده اند.

اما در بسته جدیدی از مقالات که در روز پنجشنبه در Science منتشر شد، تیم Zoonomia قدرت این نوع داده‌های چند گونه‌ای را به نمایش گذاشت. و تازه شروع است.

مایکل جی. کامپانا، دانشمند ژنومیک محاسباتی در باغ وحش ملی اسمیتسونیان و موسسه زیست شناسی حفاظتی که بخشی از این پروژه نبود، گفت: «توالی‌بندی بسیاری از ژنوم‌ها بی‌اهمیت نیست». “آنچه واقعا مهم است استفاده از این داده ها است.”

در اینجا برخی از کارهایی است که دانشمندان Zoonomia در حال حاضر با آن انجام می دهند:

کشف اساس مهارت های خاص

برای جست‌وجوی زیربنای استعدادهای استثنایی حیوانات، دانشمندان به دنبال توالی‌های ژنتیکی بودند که به‌طور غیرعادی سریع در گونه‌هایی که دارای یک ویژگی مشترک بودند، مانند توانایی خواب زمستانی، تکامل یافته بودند.

در یک تجزیه و تحلیل، محققان بر روی خواب‌های عمیق مانند لمور کوتوله دم چاق و خفاش گوش موش بزرگ تمرکز کردند که می‌توانند دمای بدن را برای روزها یا هفته‌ها در یک زمان پایین نگه دارند. محققان شواهدی مبنی بر «تکامل شتابان» در انواع ژن‌ها یافتند، از جمله ژنی که به محافظت از سلول‌ها در برابر استرس ناشی از دما کمک می‌کند و دیگری که مسیر سلولی مرتبط با پیری را مهار می‌کند.

دکتر کارلسون گفت: “بسیاری از گونه های خواب زمستانی نیز طول عمر استثنایی دارند.”

محققان همچنین حس بویایی پستانداران را بررسی کردند. حیوانات مجموعه بزرگی از گیرنده های بویایی مختلف دارند که هر کدام قادر به اتصال به مولکول های ایجاد کننده بو هستند. گونه‌هایی که ژن‌های گیرنده بویایی بیشتری دارند، عموماً حس بویایی قوی‌تری دارند.

هنگامی که تیم Zoonomia تعداد این ژن ها را در هر گونه محاسبه کرد، فیل ساوانای آفریقایی با 4199 در جایگاه اول قرار گرفت. آرمادیلو 9 باند و تنبل دو انگشتی هافمن به دنبال آن بودند، در حالی که آگوتی آمریکای مرکزی چهارم شد.

دکتر کارلسون گفت که آگوتی “به دلایلی کاملاً ناشناخته، یکی از بهترین مجموعه های بویایی را در بین پستانداران دارد.” “این یادآوری است که چقدر تنوع وجود دارد که ما چیزی در مورد آن نمی دانیم.” (او متذکر شد که سگ‌ها از این نظر «بخصوص خاص» نیستند.)

از سوی دیگر، سیتاس ها – گروهی که شامل دلفین ها و نهنگ ها می شود – تعداد بسیار کمی از ژن های گیرنده بویایی دارند که با توجه به زیستگاه های آبی آنها منطقی است. کرستین لیندبلاد تو، متخصص ژنتیک در موسسه برود و دانشگاه اوپسالا و رهبر دیگر پروژه Zoonomia می‌گوید: «آنها به روش‌های دیگری ارتباط برقرار می‌کنند.

گونه‌هایی با ژن‌های گیرنده بویایی بیشتر نیز تمایل به داشتن توربینال‌های بویایی بیشتری دارند، ساختارهای استخوانی در حفره بینی که به بویایی کمک می‌کند. دکتر لیندبلاد تو گفت: نتایج نشان می‌دهد که «اگر ویژگی‌های خاصی مهم باشند، به روش‌های متعددی تکامل می‌یابند».

او افزود: “من فکر می کنم یکی از چیزهای مهم در مجموعه داده های ما این است که توالی ژنوم را برای گونه های مختلف ایجاد می کند که مردم می توانند ویژگی های مورد علاقه خود را بررسی کنند.”

نقاشی پرتره جمعیت ها

در فوریه 1925، در بحبوحه شیوع بیماری دیفتری، گروهی از تیم‌های سگ سورتمه یک منبع اضطراری آنتی‌توکسین را به نوم، آلاسکا، که توسط برف جدا شده بود، تحویل دادند. بالتو، یکی از سگ هایی که آخرین مرحله رله را دوید، معروف شد. زمانی که چند سال بعد درگذشت، جسد تاکسیدرمی شده او در موزه تاریخ طبیعی کلیولند به نمایش گذاشته شد.

تیمی از محققان Zoonomia اکنون از یک تکه کوچک از آن بافت تاکسیدرمی شده برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سگ سورتمه مشهور و همنوعان سگش استفاده کرده اند. کاتلین موریل، نویسنده مقاله بالتو، که این تحقیق را به عنوان دانشجوی فارغ التحصیل در دانشکده پزشکی UMass Chan انجام داد و اکنون یک دانشمند ارشد در Colossal Biosciences است، گفت: «ما این را یک چالش کوچک دیدیم. «اینجا این یک فرد است که واقعاً مشهور است. ما چیز زیادی در مورد زیست شناسی او نمی دانیم. درباره ژنوم او چه بگوییم؟»

آنها دریافتند که بالتو از نظر ژنتیکی «سالم‌تر» از سگ‌های اصیل مدرن است، با تنوع ژنتیکی ارثی بیشتر و جهش‌های بالقوه مضر کمتر. این یافته احتمالاً از این واقعیت ناشی می شود که سگ های سورتمه معمولاً برای عملکرد فیزیکی پرورش داده می شوند و ممکن است مخلوطی از نژادها باشند.

محققان دریافتند که بالتو مجموعه‌ای از گونه‌های ژنتیکی دارد که در گرگ‌ها وجود نداشت و در سگ‌های اصیل مدرن نادر بود یا وجود نداشت. بسیاری از انواع در ژن‌های دخیل در رشد بافت بودند و ممکن است بر انواع صفات مهم برای سگ‌های سورتمه مانند ضخامت پوست و تشکیل مفاصل تأثیر بگذارند. بالتو دو نسخه از این گونه‌ها داشت، یکی از هر یک از والدین به ارث رسیده بود، به این معنی که احتمالاً حداقل تا حدودی در سایر سگ‌های سورتمه آلاسکا در آن زمان رایج بودند.

کیتی مون، محقق فوق دکتری در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، و نویسنده مقاله، می‌گوید: «ما تصویر بسیار واضح‌تری از این که او چگونه بود و جمعیتش چگونه بود، دریافت می‌کنیم. و آن تصویر مربوط به سگ‌های سورتمه کار بسیار سازگار است.

روشن کردن جدول زمانی تکاملی

دانشمندان مدت‌هاست درباره چگونگی و زمان پیدایش مجموعه متنوع پستانداران امروزی بحث کرده‌اند. آیا شجره نامه پستانداران تنها پس از انقراض دایناسورها در حدود 66 میلیون سال پیش منشعب شد؟ یا این روند تا حد زیادی قبل از فاجعه اتفاق افتاده است؟

تجزیه و تحلیل جدید با ژنوم Zoonomia نشان می دهد که پاسخ هر دو است. پستانداران ابتدا شروع به تنوع کردند حدود 102 میلیون سال پیش، زمانی که قاره های زمین در حال تکه تکه شدن بودند و سطح آب دریاها شروع به بالا رفتن کرد. ویلیام مورفی، ژنتیک دان تکاملی در دانشگاه A&M تگزاس و نویسنده مقاله می گوید: «این باعث جداسازی پیشینیان دودمان مدرن در توده های مختلف زمین شد.

اما محققان دریافتند که پس از انقراض دایناسورها، انفجار دیگری از تنوع رخ داد، زمانی که ظهور سرزمین های جدید و ناپدید شدن خزندگان حاکم، زیستگاه ها، منابع و فرصت های جدیدی را برای پستانداران فراهم کرد.

اسکات ادواردز، زیست شناس تکاملی در هاروارد، که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: «این یک مقاله واقعاً برجسته است. از نظر تلاش برای قرار دادن پستانداران در یک مقیاس زمانی، احتمالاً بزرگترین در نوع خود است.

او افزود که بسته Zoonomia به طور گسترده‌تر «مجموعه‌ای عظیم از کار» است. “این واقعاً استانداردی را برای درک ما از تکامل پستانداران در آینده تعیین خواهد کرد.”

پیش بینی خطر انقراض

پستانداران به طور کلی دو نسخه از اکثر توالی های ژنتیکی را به ارث می برند، یکی از هر والدین. تعیین میزان تطابق این توالی‌ها می‌تواند بینشی در مورد اندازه جمعیت‌های حیوانی گذشته ارائه دهد. به عنوان مثال، امتداد طولانی DNA منطبق می تواند نشانه ای از همخونی باشد.

آرین وایلدر، متخصص ژنتیک حفاظتی در اتحاد حیات وحش باغ وحش سن دیگو، گفت: ژنوم یک حیوان منفرد نشان می دهد که “والدینش، پدربزرگ ها و مادربزرگ ها چقدر به هم نزدیک بودند و تا آخر عمر به عقب برمی گشتند.”

دکتر وایلدر و همکارانش از ژنوم Zoonomia برای تخمین اندازه جمعیت گونه های مختلف در طول تاریخ استفاده کردند. در مقایسه با گونه‌هایی که از لحاظ تاریخی فراوان بودند، آنهایی که در گذشته جمعیت کوچکی داشتند، جهش‌های ژنتیکی بالقوه مضر بیشتری داشتند و احتمال بیشتری داشت که توسط اتحادیه بین‌المللی حفاظت از طبیعت به عنوان در معرض خطر طبقه‌بندی شوند.

محققان همچنین ژنوم سه گونه را که IUCN خطر انقراض آنها را به دلیل کمبود اطلاعات ناشناخته می‌دانست، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند: نهنگ قاتل، موش صحرایی کور کوه‌های گالیله و موش آهوی جاوا (که دقیقاً مطابق با تبلیغ به نظر می‌رسد). . نتایج نشان داد که نهنگ قاتل ممکن است در معرض بالاترین خطر باشد.

بث شاپیرو، دیرینه‌شناس در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز و نویسنده این مطالعه، گفت: این رویکرد می‌تواند راهی سریع برای اولویت‌بندی گونه‌ها برای ارزیابی‌های ریسک دقیق‌تر و با منابع فشرده‌تر ارائه کند. او گفت: «این می تواند یک راه نسبتاً ساده برای انجام تریاژ حفاظتی باشد.