Dziwnie wyglądający dziobak stał się zwierzęciem plakatowym dla nauki ewolucyjnej. To żywy pomost między owłosioną jaszczurką, która była naszym przodkiem, a ssakiem, którym jesteśmy dzisiaj. Ale niedawno opublikowany genom dziobaka pokazuje, że ten rodowity Australijczyk ma mieszankę genów przypominających geny ptaków, ssaków i gadów. Badania podkreśliły także wyjątkową rolę tego kontynentu w badaniach genetycznych.
„Będąc odciętym od głównego nurtu ewolucji od 80 milionów lat, Australia specjalizuje się w naprawdę różnych roślinach i zwierzętach” - mówi Jenny Graves, profesor genomiki porównawczej na Australian National University w Canberze. „Nasz dostęp do kangurów i diabłów [tasmańskich], smoków, kookaburras i starych drzewek gumowych stwarza możliwości wniesienia wyjątkowego wkładu w międzynarodową genomikę”.
Miliony lat temu, kiedy Australia oddalała się od super lądu zwanego Gondwana, jej flora i fauna były izolowane - odosobnienie, które czyni ten kraj podobnym do ogromnego laboratorium ewolucyjnego. Ponad 80 procent australijskich gatunków roślin i zwierząt jest endemicznych, co oznacza, że występują naturalnie tylko na tym kontynencie. Ta grupa obejmuje dwanaście rodzin roślin kwitnących, cztery ptaki i siedem ssaków, niektóre o przywoływanych nazwach, takich jak długożerny karłowaty i owadożerny nietoperz.
To dziedzictwo biologiczne zostało zachowane w mieszaninie genów znalezionych w dziobaku, która wraz z echidną (lub kolczastym mrówkojadem) należy do klasy ssaków zwanych monotremami, ponieważ mają one tylko jeden otwór do rozmnażania i eliminacji odpadów.
Podobnie jak inne ssaki, dziobak ma futro, termoregulacje i mleczany, chociaż nie ma sutków (młode piją mleko z brzucha matki). Ale składa jaja, takie jak gady i ptaki, a dziobak samca nosi jad (w ostrogach na tylnych łapach), co jest kolejną cechą występującą u niektórych gadów, podczas gdy jego plemniki i makijaż seksualny są zbliżone do kurczaków.
Graves, współprzewodnicząca projektu genomu dziobaka i jedna z 26 Australijczyków na 100 międzynarodowych naukowców, którzy wzięli w niej udział, zdobyła kilka nagród naukowych i została nazwana „narodowym skarbem” za przełomową pracę na rodzimych gatunkach. Jako autorytet w dziedzinie determinacji seksualnej, spędziła dziesięciolecia badając dziobaka i tego kultowego torbacza, kangura - i zasugerowała badania genomowe na obu.
Genom dziobaka jest już gotowy, wysyłając fale podniecenia przez społeczność naukową. Zagadka kangura też ma zostać rozwiązana, a publikacja genomu tego zwierzęcia ma się ukazać w ciągu kilku najbliższych miesięcy.
Płaskie przednie stopy dziobaka rozciągają się, aby pomóc w pływaniu, ale składają się na lądzie, dzięki czemu pazury mogą kopać nory w przybrzeżnych brzegach ziemi (CORBIS) 
Podczas nurkowania dziobak zamyka oczy, uszy i nozdrza i znajduje pokarm poprzez receptory elektryczne w swoim rachunku, które wykrywają ruch małej ofiary (fot. Dzięki uprzejmości Nicole Duplaix / Getty Images) 
Niedawno odkodowany genom dziobaka pokazuje, że dziobak ma geny ptasie, gadzie i ssacze (fot. Dzięki uprzejmości Warrawong Wildlife Sanctuary, Australia Południowa, Australia) 
Dziobak pochodzący z Australii, dziobak jest wyjątkowo nieśmiały i rzadko widuje się go z wyjątkiem wczesnych godzin porannych i wieczornych (fot. Dzięki uprzejmości Iana Eltona, Healesville Sanctuary, Victoria, Australia) 
Dziobak ma dziób jak kaczka, ogon jak bóbr i płetwiaste stopy. Dziwacznie wygląda, ale jest dobrze wyposażony ze względu na swój półwodny styl życia (fot. Dzięki uprzejmości Iana Eltona, Healesville Sanctuary, Victoria, Australia) W ramach projektu częściowo finansowanego przez Amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) australijscy naukowcy niedawno zakończyli sekwencjonowanie DNA walmarii tammar - małego członka rodziny kangurów. Graves, dyrektor ARC Center of Excellence for Kangaroo Genomics, i jej koledzy właśnie go gromadzą i wykorzystują do badania biologii kangura i wskazywania ważnych genów ludzkich.
Dzieci torbacze rodzą się przedwcześnie i zwykle rozwijają się w torebce matki, co czyni je łatwo dostępnymi do badań nad wczesnym rozwojem. „Torbacze”, mówi Graves, „są bliżej spokrewnione z ludźmi i myszami niż monotremami. Ich genomy są znacznie bardziej podobne do genów ssaków łożyskowych; ten sam rozmiar, taki sam rozkład sekwencji, odcisk genomowy, monofilowe chromosomy płciowe i przynajmniej wersja inaktywacji chromosomu X. ”
Ponieważ zarówno monotremy, jak i torbacze są daleko od nas spokrewnione (dziobak oddzielił się od naszego wspólnego przodka 166 milionów lat, a kangur 146 milionów lat temu), pozwalają na pewne wyraźne porównania genetyczne. Nie dzieje się tak w przypadku naszych innych łożyska, takich jak myszy, które są tak blisko nas, że trudno jest określić ważne regiony genetyczne, które pozostały niezmienione przez miliony lat.
Kangur jest drugim torbaczem zsekwencjonowanym. Genom południowoamerykańskiego gatunku opos został opublikowany w zeszłym roku. Społeczność naukowa opublikowała do tej pory dwadzieścia sekwencji ssaków, ale oczekuje się, że liczba ta dramatycznie wzrośnie w wyniku postępu technologicznego i współpracy międzynarodowej. Po dziobaku i kangurze echidna może być kolejnym rodzimym Australijczykiem (również w Nowej Gwinei), który zostanie poddany dekodowaniu genetycznemu. Australijski badacz ARC, Frank Grützner z Adelaide University, który również brał udział w projekcie dziobaka, wyposażał niektóre echidny w nadajniki radiowe i pobierał ich DNA do sekwencjonowania.
Ale nie tylko ssaki podlegają kontroli genetycznej. Laboratorium Gravesa przygląda się również aligatorom, ptakom takim jak emu, a nawet prawie wyginiętej żabie koralowej.
„Wiek genomiki był naprawdę ekscytujący dla nas pracujących nad dziwnymi zwierzętami” - mówi. „Nie moglibyśmy być szczęśliwsi”.
Dziwny jest z pewnością termin na dziobak - legenda Aborygenów utrzymywała, że jest to potomstwo kaczki i szczura wodnego - ale ewolucja dobrze go wyposażyła ze względu na pół-wodny styl życia. Płaski ogon działa jak ster, gdy pływa, a także jest miejscem do przechowywania dodatkowej żywności. Płócienne przednie stopy rozciągają się, aby pomóc w pływaniu, ale na lądzie odchylają się do tyłu, pozwalając pazurom stać się pikami do kopania nor w brzegach wokół rzek, jezior lub strumieni. Podczas nurkowania zamyka nozdrza, oczy i uszy (nie ma zewnętrznego płata ucha). Ale jego płaski rachunek lokalizuje żywność poprzez unikalne receptory elektryczne, które wykrywają ruch małych ofiar, takich jak larwy owadów, krewetek i ważek.
Dziobak jest prawdziwym samotnikiem: krycie jest jego jedyną interakcją społeczną. Pracownicy Warrawong Wildlife Sanctuary z Południowej Australii w pobliżu Adelaide, którzy byli świadkami rytuału godowego, opisują go jako dziesięciominutowy taniec wodny, podczas gdy mężczyzna początkowo trzymał ogon kobiety w ustach podczas pływania i nurkowania w wodzie. Po kryciu każdy partner wraca do swojej nory.
„Myślę, że całe racjonalne wykorzystanie porównań między odległymi zwierzętami w celu powiedzenia nam o naszych własnych genomach jest czasem trochę zagubione w„ gee-whiz, jak dziwnych ”aspektach genomu dziobaka” - mówi Graves. „Genomika porównawcza to niezwykle potężna strategia odkrywania własnej przeszłości”.
Dziwnie wyglądający Australijczyk pochodzi z kąpieli. (Zdjęcie: JohnCarnemolla / iStock)
