Samotnik George, starzejący się żółw gigant z Galapagos, był ostatnim w swoim rodzaju. Kiedy w 1971 roku badacz zauważył prawie pięciostopowego gada przemierzającego wyspę Pinta, jego gatunek był uważany za wymarły od dziesięcioleci. Przez kolejne 40 lat – aż do śmierci w 2012 roku – uważano, że Samotnik George jest jedynym żółwiem olbrzymim z wyspy Pinta na świecie.
Teraz naukowcy wykorzystują materiał genetyczny żółwia ikony wraz z DNA innego długo żyjącego żółwia, żółwia olbrzymiego z Aldabry, aby lepiej zrozumieć, co jest potrzebne, aby żyć długo.
W nowym badaniu opublikowanym w poniedziałek w Nature Ecology and Evolution, naukowcy sekwencjonowali geny Samotnika George’a i jego kolegów żółwi olbrzymich, aby porównać wspólne powiązania genetyczne wśród innych długowiecznych zwierząt – takich jak nagie szczury kretowe, nietoperze, niektóre gatunki wielorybów i ludzi.
Znaleźli zestaw genetycznych adaptacji związanych z tłumieniem raka, naprawą DNA i stanem zapalnym, kładąc podwaliny pod przyszłe eksperymenty w mechanice starzenia się.
Z nowym wglądem w biologię żółwia, badacze mają również nadzieję, że ta analiza może pomóc zapobiec długiemu, samotnemu końcowi pozostałych na świecie gigantycznych żółwi.
Co zrobili
Gdy Adalgisa 'Gisella’ Caccone zaczęła próbować zmontować kompletny zestaw genów Samotnika George’a w 2010 roku, technologia była powolna i droga.
Sekwencjonowanie genomu polega na ustaleniu kolejności każdej bazy DNA w komórkach organizmu. Projekt Human Genome, wysiłek włożony w mapowanie wszystkich genów w ludzkim genomie ukończony w 2003 roku, zajął prawie 15 lat od planowania do ukończenia sekwencjonowania i kosztował 2,7 miliarda dolarów – co znacznie przekracza budżet projektu ochrony żółwi.
Żółwie olbrzymie Aldabra pochodzą z Seszeli w pobliżu wschodniego wybrzeża Afryki, pół świata od swoich krewnych na wyspach Galapagos. Photo by Trisha Shears
Ale Caccone, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Yale, skorzystał z późniejszego boomu w technologii sekwencjonowania. Mając w ręku sekwencję genetyczną Samotnika Jerzego, Caccone potrzebował kogoś z doświadczeniem w analizie genomu. Kiedy grupa badaczy z Hiszpanii ogłosiła konkurs na geny żółwi do zbadania, Caccone powiedział im: „Przybyliście z nieba.”
Victor Quesada z Uniwersytetu w Oviedo w północnej Hiszpanii był jednym z tych badaczy. Widział możliwość porównania tych rzadkich gadów z tym, co już wiemy o ludzkim starzeniu się, a następnie zbadania genów, które mogą kontrolować ten proces.
Genom nie jest podzielony na geny, więc zespół wybrał dwie metody, aby go rozbić.
Pierwsza była „automatycznym podejściem”, powiedział Quesada. Próbowali przewidzieć wszystkie geny obecne w gigantycznych żółwiach za pomocą algorytmu, który porównał ich genomy ze znanymi sekwencjami genów z chińskich żółwi softshell i ludzi.
„Ludzie i żółwie dzielili wspólnego przodka około 300 milionów lat temu, więc pomimo ich wizualnych różnic gatunki nadal dzielą się wieloma genami”, powiedział Quesada. „Każda lekcja biochemiczna, której uczysz się od jednego gatunku, prawdopodobnie możesz zastosować ją pośrednio do innego.”
Drugie podejście było analizą manualną. „Szukaliśmy genów związanych z długowiecznością” – powiedział Quesada. Aby organizm mógł żyć długo, musi unikać chorób – takich jak rak i cukrzyca – a także degeneracji stawów, mięśni i narządów. Tak więc, lista Quesady zawierała geny znane z produkcji białek, które regulują sposób, w jaki organizm przetwarza składniki odżywcze, naprawia DNA i zabija patogeny i guzy.
Celując w ponad 3000 genów zainteresowania, badacze mogli wyodrębnić różnice między ludźmi a żółwiami.
„Ta analiza jest bardzo potężna. To odróżnia ten papier od wielu innych papierów,” powiedział Vadim Gladyshev, biolog, który bada starzenie się w Harvard Medical School i nie był zaangażowany w nowe badania. „Praca jest ważnym postępem w zakresie biologii żółwi, ale pod względem podejścia porównawczego jest również ważnym źródłem.”
Dlaczego to ma znaczenie
Dzięki tej analizie naukowcy byli w stanie zawęzić swoją pierwotną listę 3000 genów do 43 konkretnych sekwencji, które mogły przyczynić się do długiego, wolnego od chorób życia Samotnika Jerzego. Dla badaczy, którzy studiują starzenie się, będą to następne cele dla dalszych eksperymentów w jaki sposób te geny faktycznie zmieniają życie organizmu.
Zrozumienie tych genów może być istotne dla gatunków związanych z Samotnikiem Jerzym, powiedziała Linda Cayot, doradca naukowy Galapagos Conservancy, grupy, która opowiada się za ochroną Wysp Galapagos i ich zwierzęcych mieszkańców. Ich długie, powolne istnienie „było kluczem do ich przetrwania – od czasu nadmiernej eksploatacji do czasu większego oświecenia i ochrony”, napisała w e-mailu.
Śmierć Samotnika George’a, powiedział Cayot, zainspirowała naukowe zainteresowanie żółwiami olbrzymimi i pobudziła działania ochronne, które mogą chronić pozostałe gatunki żółwi olbrzymich z Galapagos przed tym samym losem. „Planujemy nawet przywrócić populację żółwi do Pinta – wyspa Samotnika George’a,” Cayot wrote.
Samotnik George był ikoną ochrony, Caccone powiedział, ale ikona ochrony, która może również zapewnić wgląd w ludzkie zdrowie i starzenie się: Rarely znaleźć „jeden genom może zrobić oba.”
„Kiedy sekwencja ostatnie zwierzę gatunku, jak często jest ostatnia wiadomość to wysyła jeden z nadziei dla nas?” Caccone powiedział.