Биологи разгадали тайну способности крокодила не дышать

Ученые исследовали особенности крокодильего гемоглобина, которые позволяют ему долго сидеть под водой. Статья об этом опубликована в Current Biology.

Крокодилы знамениты своей способностью охотиться из засады. Они поджидают жертву, находясь под водой, после чего резко выпрыгивают вверх, взмывают над поверхностью и хватают животное зубами. Однако крокодилы дышат воздухом, и способны нырять лишь задерживая дыхание. Благодаря наличию в крови гемоглобина особого типа рептилия может просидеть без дыхания в течение нескольких часов.

Джей Сторц из Университета Небраски в Линкольне и его коллеги решили выяснить, каким именно образом крокодилы развили эту особенность, единственные из всех челюстных позвоночных. Гемоглобин связывается с кислородом в легких, после чего высвобождает его в тканях. У большинства позвоночных способность гемоглобина захватывать и удерживать кислород определяется органическими фосфатами, которые, присоединяясь к гемоглобину, заставляют его высвободить газ. Но у крокодилов для этого вместо фосфатов используется бикарбонат, образующийся при распаде углекислого газа. Поскольку ткани производят много углекислого газа, они также косвенно генерируют много бикарбоната, который, в свою очередь, «побуждает» гемоглобин распределять кислород по тканям, которые больше всего в нем нуждаются.

Чтобы выяснить, как такая система могла возникнуть в ходе эволюции, авторы решили исследовать реконструированный гемоглобин трех типов: далекого предка крокодилов (архозавра) возрастом 240 млн лет, последнего общего предка всех птиц и общего предка современных крокодилов возрастом 80 млн лет. Выяснилось, что только гемоглобин прямого предка крокодилов не связывал фосфаты и обладал чувствительностью к бикарбонату.

Далее ученые начали добавлять гемоглобину архозавра специфичные для крокодилов мутации. В итоге авторы выявили, какие мутации сделали гемоглобин архозавра более похожим на гемоглобин современного крокодила.

Оказалось, что эволюционные изменения в реакции гемоглобина на бикарбонаты и фосфаты были вызваны различными наборами мутаций, и усиление одного механизма не зависело от потери другого. Иными словами, включение чувствительности к бикарбонату и отключение чувствительности к фосфатам происходило раздельно.

Ученые резюмируют, что комбинация мутаций может привести к функциональным изменениям, которые превосходят сумму их индивидуальных эффектов. Мутация, не производящая никакого функционального эффекта сама по себе, может множеством способов открыть путь другим мутациям с очевидными и прямыми последствиями.