Međunarodni tim pomorskih naučnika, predvođen Univerzitetom Groningen u Holandiji i Centrom za obalne studije u SAD, proučavao je DNK porodičnih grupa iz četiri različite vrste kitova kako bi procenio stopu njihovih mutacija. Rezultati su otkrili mnogo veće stope mutacija nego što se ranije mislilo, koje su slične onima kod manjih sisara kao što su ljudi, majmuni i delfini.
Koristeći novoutvrđene stope, grupa je otkrila da je broj grbavih kitova u severnom Atlantiku pre lova bio 86% manji nego što su ranije studije sugerisale. Studija je prvi dokaz da se ova metoda može koristiti za procenu stope mutacija u divljim populacijama. Objavljen je u časopisu Nauka.
Brzina mutacije je ključni parametar u genetici i genomici, gde se koristi za određivanje stope evolucije i adaptacije. Takođe se koristi za određivanje broja kitova u okeanima pre nego što su bili desetkovani velikim komercijalnim kitolovom. Međutim, teško je proceniti brzinu kojom se nove mutacije pojavljuju kod kitova ili bilo koje divlje vrste.
Dugo vremena je filogenetska metoda korišćena za merenje stope mutacija. Ova metoda koristi fosilne podatke različitih vrsta da bi procenila kada su se razišli. Nakon toga, DNK iz tih vrsta se upoređuje da bi se zaključilo koliko se mutacija moralo dogoditi od divergencije.
„Međutim, fosilni zapisi nisu toliko tačni. I neke mutacije su možda nestale tokom vremena“, kaže Per Palsbøll, profesor evolucije i očuvanja mora na Univerzitetu u Groningenu. Proučavao je kitove od kasnih 1980-ih i odgovarajući je autor naučnog rada.
Noviji pristup je pedigre metoda, koja koristi genome para roditelja i njihovih potomaka da identifikuje nove mutacije u potomstvu. Ovaj direktniji metod se oslanja na vrlo malo pretpostavki i idealan je za poređenje stopa mutacija među različitim vrstama, kao što su kitovi i ljudi.
Posebno kod divljih vrsta, izazov je da se dobiju uzorci tkiva oba roditelja i njihovog potomstva. Prvi autor Markos Suarez-Menendez objašnjava: „Metoda je korišćena samo na nekolicini životinja koje žive u divljini, kao što je jedan par vukova i njihova mladunčad. Takođe je korišćena za procenu stope mutacija kod životinja u zoološkim vrtovima, iako je neizvesno da li ovo odražava stope mutacija u divljini gde su uslovi veoma različiti.“
Međutim, tim, koji se sastoji od naučnika iz Holandije, SAD, Grenlanda, Danske, Kanade i Velike Britanije, bio je u mogućnosti da koristi uzorke biopsije kože prikupljene od kitova tokom saradnje koja traje više od 30 godina.
Palsbøll je sakupio svoje prve uzorke biopsije kitova među ledenim bregovima u vodama zapadnog Grenlanda 1988.
„Da bismo to uradili, morali smo da plovimo veoma blizu kita, a zatim ispalimo strelicu šupljim vrhom koristeći samostrel“, kaže on. Strelica izbija uzorak i odbija se nazad u vodu odakle se sakuplja.
Pronalaženje oba roditelja teleta kita je prvi korak u merenju stope mutacije metodom pedigrea. Tu dolaze velike DNK analize. Suarez-Menendez je analizirala podatke koje je generisao drugi prvi autor, Martine Berube, iz mikrosatelitskih markera u DNK. Ova DNK je izvučena iz velike arhive uzoraka biopsije kitova i korišćena za kreiranje genetskog otiska prsta pojedinaca.
„Pregledao sam podatke mikrosatelita da pronađem osobe koje su u srodstvu kao majka i tele. Zatim sam potražio moguće očeve u bazi podataka“, kaže Suarez-Menendez.
Na taj način je uspeo da identifikuje 212 navodnih trija roditelja i potomaka u četiri različite vrste kitova. DNK osam trija je zatim poslata na sekvenciranje genoma. Nakon konačne provere očinstva, Suarez-Menendez i njegove kolege procenili su broj novih mutacija u teletu i prosečnu stopu mutacija kod kitova.
Rezultati su pokazali da su stope mutacija kod kitova slične stopama koje se vide u pedigreima kod manjih sisara kao što su ljudi, majmuni i delfini. Nasuprot tome, ranije procene kod kitova koji su koristili filogenetsku metodu bile su mnogo niže u poređenju sa ovim manjim sisarima.
Suarez-Menendez primećuje: „I baš kao i kod ljudi, većina novih mutacija potiče od oca. Dakle, kitovi su u tom pogledu veoma slični nama.“
Tim je takođe koristio nešto drugačiju metodu pedigrea majke da proceni stope mutacija u DNK iz mitohondrija, elektrana ćelije. Ova metoda je do sada korišćena samo kod pingvina. Mitohondrije i njihova DNK se prenose po majčinoj liniji, a Suarez-Menendez je iskoristila četiri decenije podataka o viđenju parova grbavih krava i teladi u Mejnskom zalivu, koje je režirao stariji autor Jooke Robbins iz Centra za obalne studije.
„Naša studija je otkrila da je stopa mutacija u mitohondrijskoj DNK kitova takođe mnogo veća od ranijih procena zasnovanih na filogenetskoj metodi“, objašnjava Suarez-Menendez.
Novoutvrđene, veće stope mutacija korišćene su da se zaključi da je broj kitova u severnom Atlantiku pre industrijskog lova na kitove. Rezultat je bio 86% niži od ranijih procena zasnovanih na stopama filogenetskih mutacija.
„Naše nove stope mutacija sugerišu da je oko 20.000 grbavih kitova živelo u severnom Atlantiku pre komercijalnog kitolovca, za razliku od prethodne procene od 150.000″, kaže Palsbøll. Ovo je važna informacija, ne samo za očuvanje kitova, već i za naše razumevanje stanja okeana pre lova na kitove.
Palsbøll dodaje: „Još jedan zaključak širokog spektra posledica je da naša studija pokazuje da je u potpunosti izvodljivo proceniti stopu mutacije kod divljih životinja.“
Stope mutacija nalik ljudima kod kitova su takođe navele autore da odbace jedan mogući uzrok Petovog paradoksa. Ovo je zapažanje da na nivou vrste, incidencija raka nije u korelaciji sa brojem ćelija u organizmu. Kitovi imaju sto do hiljadu puta više ćelija nego—na primer—ljudi, pa ako imaju istu stopu raka kao ljudi, trebalo bi da obole od raka veoma rano u životu.
Predloženo je nekoliko mehanizama za zaštitu ovih velikih morskih sisara od raka. Jedna od njih je sporija stopa mutacija kao posledica toga što kitovi imaju mnogo niže stope metabolizma. Otkriće da to nije slučaj, implicira da su kod kitova verovatno u igri i drugi mehanizmi, kao što je povećanje broja kopija gena p53 koji štiti od raka.
Konačno, kako se studija oslanjala na veliki broj uzoraka tkiva koji su prikupljani tokom nekoliko decenija, u radu se ističe važnost dugoročnih ekoloških istraživačkih projekata.
Palsbøll primećuje: „Teško je obezbediti održiva finansijska sredstva za ove vrste dugoročnih ekoloških studija. Međutim, ne bismo mogli da uradimo ovo istraživanje bez stalne posvećenosti i posvećenosti brojnih kolega koji su zabeležili sva viđenja i prikupili uzorke na koje se oslanjala naša studija.“
