Биологи разгадали тайну способности крокодила не дышать

Ученые исследовали особенности крокодильего гемоглобина, которые позволяют ему долго сидеть под водой.

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.