Высотная адаптация у гелад

В роду Theropithecus сохранились только гелады (Theropithecus gelada), чему могло способствовать их приспособление к обитанию в экстремальных условиях — на высотах до 4 550 метров над уровнем моря. Изучение высотной адаптации у приматов, ближайших родственников людей, может помочь в разработке терапии острой горной болезни и других видов гипоксии. Ученые впервые собрали полный геном самки дикой гелады. Затем на основе референсного генома проанализировали геномы 70 гелад, как диких, так и живущих в зоопарках.

Ученые выявили неожиданный кариотип 2n=44, который оказался свойственен только для северной популяции гелад. Их седьмая хромосома была стабильно расщеплена и представлена в виде двух акроцентрических (то есть с центромерой на конце хромосомы) хромосом 7a и 7b. Это может быть основанием для выделения северной популяции гелад в отдельный вид. По всей видимости, гелады из зоопарка с кариотипом 2n=43 — потомки скрещивания северных гелад с геладами других популяций, у них нет своего потомства. Ученые показали, что эволюционное расхождение северной и центральной популяций гелад произошло 500 тысяч лет назад.

Адаптация к низкому уровню кислорода на высоте у гелад не связана с более высоким уровнем кислорода, переносимого гемоглобином. Несмотря на уникальные для приматов и стабильные для гелад замены двух аминокислот в молекуле гемоглобина, вариант гемоглобина, имеющийся у гелад, не обладает повышенной способностью к переносу кислорода. «Усиленный» гемоглобин свойственен для некоторых видов птиц и млекопитающих, но, например, снежный барс также не имеет преимуществ в переносе кислорода. При этом уровень гемоглобина в крови живущих на высоте гелад был даже несколько ниже, чем у гелад в зоопарке или у бабуинов.

Один из возможных механизмов адаптации к высоте — увеличенный объем легких. Действительно, по сравнению с бабуинами, пропорции тела у гелад косвенно подтверждают это предположение. Авторов интересует вопрос, обусловлено ли это изменение генетически, или в разных условиях развитие приводит к различным пропорциям тела, но такого эксперимента в этой работе они не ставили.

Далее авторы выявляли гены, подверженные положительному отбору. Среди них оказались четыре гена, относящиеся к сигнальному пути индуцируемых гипоксией факторов (HIF): ITGA2, NOTCH4, FERMT1 и MLPH. Также несколько генов были общими у гелад и у некоторых популяций людей. Так, ген FRAS1 имеет признаки положительного отбора у популяций тибетцев и эфиопцев, HMBS входит в путь биосинтеза гема и имеет признаки положительного отбора у непальских шерпов, а TNRC18, ген с малоизвестными функциями, подвергается отбору у ныряльщиков на большую глубину баджо. Кроме того, еще несколько генов, связанных с процессами дыхания и биосинтеза гема, также имеют признаки положительного отбора. Есть признаки отбора и у генов, связанных с репарацией ДНК, возможно, в связи с повышенным уровнем ультрафиолета на высоте.

Авторы отмечают, что выделение северных гелад в отдельный вид приведет к пересмотру численности выделенных видов и, возможно, к изменению их охранного статуса. По-видимому, адаптация к высоте у гелад — результат комплексного отбора по большому числу генов, как выявленных ранее у других видов, так и новых.