Folk säger "När grisar flyger" för att beskriva det omöjliga. Men även om de flesta däggdjur är landkrabbar, har förmågan att glida eller flyga utvecklats om och om igen under däggdjurens evolution, hos arter som sträcker sig från fladdermöss till flygekorrar. Hur kom det sig?

I en studie publicerad i tidskriften Nature den här veckan förklarar ett team av forskare under ledning av Princeton University och Baylor College of Medicine den genomiska och utvecklingsmässiga grunden för patagium, det tunna hudmembranet som gör att vissa däggdjursarter kan sväva genom luften.

"Vi förstår inte riktigt hur nya egenskaper och anpassningar har sitt ursprung ur ett molekylärt och genetiskt perspektiv. Vi ville undersöka hur en evolutionär nyhet uppstår", säger medkorrespondent författare Dr. Ricardo Mallarino, biträdande professor i molekylärbiologi vid Princeton.

För att bättre förstå patagiumutvecklingen fokuserade teamet på pungdjur. Det beror på att förmågan att glida har utvecklats upprepade gånger, med hjälp av liknande anatomiska förändringar, i närbesläktade pungdjur som sockerglidaren – ett litet pungdjur som är tillräckligt litet för att få plats i fickan och populärt som ett exotiskt husdjur.

Baylor-teamet ledde genomsekvenseringen för 15 pungdjursarter, och bestämde DNA-sekvenserna i både glidarter och deras icke-glidande släktingar. Att jämföra dessa sekvenser avslöjade accelererad evolution nära en gen som heter Emx2.

"Det som är intressant är att själva genens sekvens inte verkar vara där de mest relevanta förändringarna äger rum. Istället är de viktigaste förändringarna i korta DNA-sekvenser, kallade "förstärkare", som ligger nära i genomet.

"Det är dessa föränderliga förstärkare som förändrar hur och var i kroppen Emx2 är aktiv, och som driver utvecklingen av glidning", säger den med-korresponderande författaren Dr. Erez Lieberman Aiden, professor i molekylär och mänsklig genetik och chef för Center for Genome Arkitektur på Baylor.

"Att förstå de underliggande förändringarna som sker på genomisk nivå för att ge upphov till dessa konvergerande egenskaper är viktigt eftersom det kan berätta för oss om evolutionen är inriktad på vägen för minsta motstånd. Du kan få samma resultat men olika vägar för att komma dit," sa medförstaförfattaren Jorge Moreno, en doktorand i Mallarinos labb.

Därefter ville forskarna testa dessa idéer. För att göra det använde de en av de mest unika egenskaperna hos pungdjur - deras påse. "Pungdjursdjur föds på ett mycket tidigare stadium i utvecklingen än typiska däggdjur", säger medförfattaren Dr Olga Dudchenko, biträdande professor i molekylär och human genetik vid Baylor och forskare vid Center for Theoretical Biological Physics vid Rice University.

"Istället för att fortsätta utvecklingen i sin mammas mage, kryper de ner i hennes påse, och stannar där tills de är redo att ta sig an världen självständigt. Det faktum att de ligger precis där i påsen gör det mycket lättare att studera hur individuella gener, som Emx2, påverka pungdjurets utveckling."

Forskarna visade att Emx2 ger upphov till pungdjuret patagium med hjälp av ett genetiskt program som förmodligen finns i alla däggdjur. Emx2 är till exempel aktivt i huden på sidorna av både möss och sugar gliders, men i sugar gliders uttrycks det mycket längre.

Som Dudchenko, också vid Center for Genome Architecture i Baylor, konstaterar:"Genom att modifiera dessa kritiska Emx2-förstärkare har den ena arten efter den andra utnyttjat detta universella program för att utveckla förmågan att glida."

Uppmuntrande nyheter för grisar som hoppas kunna nå himlen.

Mer information: Ricardo Mallarino, Emx2 ligger bakom utvecklingen och utvecklingen av pungdjurs glidmembran, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07305-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07305-3

Darío G. Lupiáñez, Pungdjurs genom avslöjar hur ett hudmembran för glidning utvecklades, Natur (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01021-8 , doi.org/10.1038/d41586-024-01021-8

Journalinformation: Natur

Tillhandahålls av Baylor College of Medicine