В половых клетках певчих птиц обнаружена дополнительная хромосома, отсутствующая в соматических клетках тех же видов. Такие результаты показало совместное исследование Новосибирского и Санкт-Петербургского государственных университетов, Института цитологии и генетики РАН и Сибирского экологического центра.

Научная работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые исследовали ДНК половых клеток 16 видов певчих птиц, относящихся к девяти различным семействам подотряда певчих воробьиных — в том числе ласточки, снегиря, синицы, чижа. Также были изучены восемь видов птиц других отрядов, среди них гуси, курицы, утки, попугаи и соколы. В результате обнаружилось, что более древние виды, существующие на планете больше 35 миллионов лет, имеют равное количество хромосом в соматических и половых клетках. Певчие птицы появились на Земле позже, и у исследованных видов количество хромосом в половых клетках на одну больше.

«В отличие от других птиц и большинства других животных, у всех исследованных видов певчих птиц число хромосом в соматических и половых клетках отличается. У каждой исследованной певчей обнаружена дополнительная хромосома в половых клетках (ХПК). Она передается по материнской линии и "выбрасывается" из соматических клеток. У самцов она присутствует в предшественниках половых клеток, однако при созревании сперматозоидов также исчезает. Среди теплокровных существ такой феномен на данный момент удалось обнаружить только у певчих птиц», — рассказывает участник исследования, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ Светлана Галкина.
Впервые дополнительная хромосома была обнаружена у зебровой амадины в 1998 году и воспринималась как генетический курьез. Но после того как в 2014 году у ее родственницы, японской амадины, также нашли 41-ю ХПК, ученые всерьез начали исследовать этот вопрос.

ХПК на стадии ламповых щеток в ядре ооцита зебровой амадины

Дополнительная ХПК, как предполагают ученые, образовалась примерно 35-30 миллионов лет назад и впоследствии эволюционировала, причем у каждого вида этот процесс происходил по-разному. Универсальных последовательностей в этой дополнительной хромосоме нет: у каждого вида она своя. Возможно, именно наличие ХПК позволило певчим птицам так широко заполонить Землю: к подотряду певчих воробьиных относятся пять тысяч видов птиц из почти десяти тысяч существующих в природе.

«Птицы летают, это их эволюционное приобретение. И если мы посмотрим на них с точки зрения геномики, увидим, что у них очень маленький, компактный геном: он в три раза меньше, чем геном млекопитающих. У человека вес генома составляет 3,5 пикограмма (1 пикограмм = 10-12 граммов) в каждой клетке, а у птиц — порядка 1,2 пикограмма. Существует гипотеза, что геном птиц так сильно отличается по массе от генома млекопитающих, поскольку организмы птиц эволюционно "выбрасывают" все, что может усложнять им полет. Это пока лишь гипотеза, но не держать ее в уме мы не можем», — говорит Светлана Галкина.

Исследователям только предстоит выяснить, за что же в действительности отвечает хромосома. Вероятно, она является определяющей при половой дифференцировке: поскольку ХПК передается по материнской линии и присутствует в яйцеклетке, не исключено, что именно эта хромосома делает самку самкой. «За пение она вряд ли отвечает, ведь поют самцы», — подчеркивает Светлана Галкина.

Фото Елены Шнайдер, СибЭкоЦентр, Новосибирск

В планах исследователей — установить, в какой момент происходит потеря хромосомы в соматических клетках. «Необходимо выяснить, на какой стадии эмбриогенеза дополнительная ХПК теряется из соматических клеток. По нашим данным, на момент откладки оплодотворенного яйца эта хромосома сохраняется только в половых клетках, в соматических ее уже нет. Однако процесс эмбриогенеза начинается, еще когда яйцо идет по выводящему пути в теле самки — и происходящее в этот момент, конечно, сложно изучить», — объясняет биолог.
Также ученые панируют определить, как ХПК функционирует в яйцеклетке. «В Санкт-Петербургском университете есть ведущая научная школа профессора Елены Романовны Гагинской, где изучают хромосомы в развивающихся ооцитах. Мы единственные в мире обладаем методикой изучения хромосом в ядрах развивающихся ооцитов птиц. И нам предстоит понять, как хромосома функционирует внутри яйцеклетки и как передается, не имея гомолога в сперматозоидах», — заключает Светлана Галкина.