Една еволюционна грешка превръща конете в първокласни атлети

Състезателните коне от чистокръвна порода са биологично чудо, което консумира кислород с удивителна скорост, повече от два пъти по-висока от тази на елитните спортисти. По време на интензивни тренировки тези животни преработват до 360 литра кислород в минута, задоволявайки огромните енергийни нужди на мускулите, които съставляват повече от половината от телесното им тегло.

От години изследователите се питат как конете са развили тези изключителни способности. Вкаменелостите разказват, че те са започнали да се развиват като тревопасни с размерите на куче, преди да се превърнат в мощните бегачи, които познаваме днес. Но молекулярните промени, които са позволили тази трансформация, са останали скрити досега.

Кредит: PickPik (Public Domain Certification)

Генетичният пъзел на конската сила

Екип от изследователи от "Вандербилт" и "Джонс Хопкинс" наскоро разкрива интересен еволюционен обрат, който помага да се обясни метаболитната суперсила на конете. В работата си, публикувана в списание Science, те откриват нещо, което първоначално е изглеждало като генетична грешка, която би трябвало да е вредна, но вместо това се е превърнала в предимство чрез хитър биологичен трик, който повишава производството на енергия.

Изследователите са проучили системата, която контролира как клетките се справят със стреса от изгарянето на кислород. Тази система става особено важна при физически натоварвания. Тя включва два основни участника: протеин, наречен KEAP1, който действа като сензор за стрес, и друг, наречен NRF2, който включва защитни гени, когато е необходимо.

Кредит: PickPik (Public Domain Certification)

При разглеждането на гена KEAP1 при коне, зебри и магарета учените забелязват странен генетичен "знак стоп" в началото на инструкциите на гена. Обикновено този вид мутация би прекратила преждевременно производството на протеини, създавайки скъсени, неработещи протеини, които причиняват заболявания.

Въпреки това тези животни не само оцеляват с това, което би трябвало да е вредна мутация, но и се отличават като едни от най-големите атлети на природата. Това противоречие кара изследователите да се задълбочат.

Прочит на знака "Стоп"

При конете и техните роднини този генетичен знак "стоп" всъщност не спира нищо. Вместо това клетъчният механизъм го пренебрегва и продължава да чете, като вмъква различен градивен елемент (аминокиселина) от първоначално съществуващия.

Модифицираният KEAP1 става по-чувствителен на стреса от изгарянето на кислорода, което води до повишена защитна активност. По този начин се създават повече антиоксиданти, които предпазват клетките от увреждане, като същевременно увеличават производството на енергия.

Кредит: PickPik (Public Domain Certification)

Екипът потвърждава тези ефекти, като сравнява мускулни клетки на кон и мишка. Клетките на коня изгаряли значително повече кислород и произвеждали повече енергия. Когато са изложени на вредни съединения, конските клетки също се оказват много по-устойчиви на увреждане, отколкото клетките от други видове.

За да проверят дали тази специфична мутация пряко причинява тези ефекти, изследователите създават клетъчни модели, за сравнение на оригиналната форма на KEAP1 с конската версия. Конската версия винаги е активирала повече защитни механизми и е повишила производството на енергия.

Кредит: PickPik (Public Domain Certification)

Еволюционното предимство

Какво прави тази генетична адаптация ефективна? Изследователите установяват, че конете имат допълнителни мутации в клетъчните механизми, които четат генетичен материал. Тези мутации подобряват способността за четене на знаците "стоп", особено в гена KEAP1.

Това еволюционно решение дава на конете ясно изразено предимство: те могат да изгарят много кислород за енергия, като същевременно се предпазват от уврежданията, които обикновено биха настъпили. Това е нещо като да имаш спортен автомобил с вградена охладителна система, която предотвратява прегряването.

Времето, в което се е появило това генетично нововъведение, съвпада с това, което знаем за еволюцията на конете. Всички съвременни коне, зебри и магарета споделят тази мутация, което предполага, че тя е еволюирала в общия им прародител преди около 4-4,5 милиона години. Това съвпада с адаптацията на конете към откритите пасища и еволюцията на стъпалата с един пръст - промени, които позволяват по-голяма скорост и издръжливост.

Кредит: PickPik (Public Domain Certification)

Досега се смяташе, че този тип генетични иновации се случват предимно при вирусите. Това откритие показва, че бозайниците могат да използват подобни стратегии, за да развиват нови черти.

Освен че обяснява биологията на конете, това изследване може да помогне и на медицината. Получените данни могат да послужат като насока за лечение на заболявания като респираторните. Освен това разбирането на това как клетките могат да разчитат генетичните знаци "стоп" може да помогне за разработването на лечения за генетични заболявания, причинени от подобни мутации, които представляват около 11 % от генетичните нарушения при хората.

Тази адаптация е помогнала за превръщането на скромните тревопасни в животни, способни да развиват устойчива скорост и издръжливост, благодарение на генетична грешка, която по ирония на съдбата повишава ефективността им.

Справка:  “Running a genetic stop sign accelerates oxygen metabolism and energy production in horses,” was authored by Gianni M. Castiglione and colleagues. It appeared in the March 28, 2025 issue of Science (Volume 387). DOI: 10.1126/science.adr858 

Източник: This Evolutionary Mistake Made Horses Into World-Class Athletes, StudyFinds

Още по темата

12/07/2018

Животът

Конете пръхтят, когато са щастливи

23/10/2015

Човекът

Биомеханика на човешкото тяло

07/08/2015

Животът

Конете правят мимики, най-близки до човешките (видео)

22/03/2015

Животът

Завръщането на дивите коне в Източни Родопи