Mensen zeggen "Als varkens vliegen" om het onmogelijke te beschrijven. Maar ook al zijn de meeste zoogdieren landrotten, het vermogen om te zweven of te vliegen is tijdens de evolutie van zoogdieren keer op keer geëvolueerd, bij soorten variërend van vleermuizen tot vliegende eekhoorns. Hoe komt dat?

Dat blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Nature deze week legt een team van onderzoekers onder leiding van Princeton University en Baylor College of Medicine de genomische en ontwikkelingsbasis uit van het patagium, het dunne huidmembraan waarmee sommige zoogdiersoorten door de lucht kunnen zweven.

"We begrijpen niet helemaal hoe nieuwe eigenschappen en aanpassingen ontstaan ​​vanuit een moleculair en genetisch perspectief. We wilden onderzoeken hoe een evolutionaire nieuwigheid ontstaat", zegt co-corresponderende auteur Dr. Ricardo Mallarino, assistent-professor moleculaire biologie aan Princeton. /P>

Om de evolutie van patagium beter te begrijpen, concentreerde het team zich op buideldieren. Dat komt omdat het vermogen om te glijden zich herhaaldelijk heeft ontwikkeld, met vergelijkbare anatomische veranderingen, bij nauw verwante buideldieren zoals het suikerzweefvliegtuig, een klein buideldier dat klein genoeg is om in je zak te passen en populair als exotisch huisdier.

Het Baylor-team leidde de genoomsequencing voor 15 buideldiersoorten, waarbij de DNA-sequenties werden bepaald bij zowel glijdende soorten als hun niet-glijdende verwanten. Het vergelijken van deze sequenties bracht een versnelde evolutie aan het licht in de buurt van een gen genaamd Emx2.

"Wat interessant is, is dat de sequentie van het gen zelf niet de plek lijkt te zijn waar de meest relevante veranderingen plaatsvinden. In plaats daarvan zitten de belangrijkste veranderingen in korte DNA-sequenties, 'versterkers' genoemd, die vlakbij in het genoom liggen.

"Het zijn die veranderende versterkers die veranderen hoe en waar in het lichaam Emx2 actief is, en die de evolutie van het zweefvliegen aansturen", zegt co-corresponderende auteur Dr. Erez Lieberman Aiden, hoogleraar moleculaire en menselijke genetica en directeur van het Center for Genome. Architectuur bij Baylor.

"Het begrijpen van de onderliggende veranderingen die op genomisch niveau plaatsvinden en die aanleiding geven tot deze convergente eigenschappen is belangrijk omdat het ons kan vertellen of de evolutie zich op de weg van de minste weerstand richt. Je kunt dezelfde uitkomst hebben, maar verschillende paden om daar te komen", zegt hij. co-eerste auteur Jorge Moreno, een afgestudeerde student in het laboratorium van Mallarino.

Vervolgens wilden de onderzoekers deze ideeën testen. Om dit te doen, gebruikten ze een van de meest unieke kenmerken van buideldieren:hun buidel. "Buideldierjoeys worden in een veel eerder ontwikkelingsstadium geboren dan typische zoogdieren", zegt co-eerste auteur Dr. Olga Dudchenko, assistent-professor moleculaire en menselijke genetica bij Baylor en onderzoeker bij het Centrum voor Theoretische Biologische Fysica aan de Rice University.

"In plaats van zich verder te ontwikkelen in de baarmoeder van hun moeder, kruipen ze in haar buidel en blijven daar totdat ze klaar zijn om zelfstandig de wereld te veroveren. Het feit dat ze daar in de buidel zitten, maakt het veel gemakkelijker om te bestuderen hoe individuele genen, zoals Emx2, beïnvloeden de ontwikkeling van het buideldier."

De onderzoekers toonden aan dat Emx2 aanleiding geeft tot het buideldierpatagium met behulp van een genetisch programma dat waarschijnlijk bij alle zoogdieren voorkomt. Emx2 is bijvoorbeeld actief in de huid aan de zijkanten van zowel muizen als suikerzweefvliegtuigen, maar in suikerzweefvliegtuigen blijft de stof veel langer aanwezig.

Zoals Dudchenko, ook verbonden aan het Center for Genome Architecture in Baylor, opmerkt:"Door het aanpassen van deze cruciale Emx2-versterkers heeft de ene soort na de andere een beroep gedaan op dit universele programma om het vermogen om te zweven te ontwikkelen."

Bemoedigend nieuws voor varkens die naar de hemel hopen te reiken.

Meer informatie: Ricardo Mallarino, Emx2 ligt ten grondslag aan de ontwikkeling en evolutie van zweefvliegmembranen voor buideldieren, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07305-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07305-3

Darío G. Lupiáñez, Buideldiergenomen onthullen hoe een huidmembraan voor zweefvliegen is geëvolueerd, Natuur (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01021-8 , doi.org/10.1038/d41586-024-01021-8

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Baylor College of Medicine