какое животное самое потливое
А давайте немного попотеем! 10 интересных фактов
А знаете ли Вы, что в поте бегемота содержится красный и оранжевый пигменты, которые поглощают ультрафиолет, и действуют на кожу животного в качестве солнцезащитного крема.
А вот верблюды потеют очень мало. Температура организма может совершенно безболезненно для животного повышаться до 40°С. Их тела устроены таким образом, что могут полностью игнорировать тепло, потому что пот является нецелесообразным расходом самого ценного ресурса в пустыне — воды.
Собаки в сильную жару высовывают язык. Вода с языка испаряется, и животному становится прохладнее.
Кошки потеют только подушечками лап и носом.
А вот у птиц нет потовых желез, поэтому они охлаждаются с помощью дыхания.
Обезьяны потеют всей кожей. Вот откуда на ней появляется соль. А кристаллики соли на коже помогают обезьянам при вычесывании избавиться от нежелательных насекомых.
Лягушки не потеют никогда.
А зачем потеем мы?! Оказывается немного попотеть не так уж плохо. Это естественный физиологический процесс.
У потения несколько функций, но самая главная – терморегуляция. Выделенный железами пот испаряется и охлаждает тело.
Другое назначение – пот выводит из организма токсины и продукты обмена. С потом человек избавляется от ртути, мышьяка, железа, ядов и некоторых лекарств. На этом, в частности, основан лечебный эффект парной и бани.
А еще мы потеем, чтобы пахнуть! В первобытных племенах древние люди узнавали своих сородичей исключительно по запаху. А в дебрях Амазонии до сих пор ритуал обнюхивания является обязательной церемонией при встрече. Как это ни странно, но запах пота играет важную роль в поведении между полами. Французский император просил свою возлюбленную не принимать ванну несколько месяцев до его приезда, чтобы сполна насладиться «благоуханием» ее кожи.
Однако реалии современного мира диктуют свои стандарты: чистота и свежесть тела – залог уверенности в себе. И что же делать людям, страдающим повышенным потоотделением (гипергидрозом) и в панике меняющим одно дезодорирующее средство на другое? Специальное средство DRYRU Ultra – идеальный выбор. Средство направлено на устранение причины появления пота, максимально сужая потовые железы в местах чрезмерного потоотделения и тем самым равномерно перераспределяя выделение пота в другие участки кожных покровов. Эффект действия однократного применения DRYRU Ultra продолжается до 7 дней! Универсален в использовании, им могут пользоваться и мужчины и женщины, подходит для любых участков тела (подмышечных впадин, ладоней, ступней).
7 животных, которые больше всего потеют
Пот может быть грязным, неприятным и неприятным, но это уникальное человеческое явление, которое помогает нам стать такими, какие мы есть. Потоотделение – это охлаждающий механизм, который срабатывает, чтобы поддерживать внутреннюю температуру тела на разумном уровне 98,6 градусов по Фаренгейту. Пот, в основном состоящий из воды, калия, соли и других минералов, буквально служит для высвобождения избыточного тепла, выделяемого мышцами, когда другие методы охлаждения не работают. Иначе, если бы мы не потели, мы бы перегрелись и умерли. Но знаете ли вы, что есть животные, которые тоже потеют?
Несмотря на то, насколько это необходимо для здоровья человека, потоотделение – редкое явление в животном мире. Истинное потоотделение в основном наблюдается у приматов и лошадей. Вместо этого большинство животных научились регулировать температуру своего тела самыми разными способами, включая дыхание, катание в грязи, плавание в воде, бездействие в тени, а также мочеиспускание или дефекацию по всему телу. У некоторых животных также очень длинные уши с множеством кровеносных сосудов, которые выделяют избыточное тепло в воздух.
Анатомия потоотделения имеет решающее значение для понимания того, как это работает. Чтобы немного упростить ситуацию, обычно существует два разных типа потовых желез: апокриновые железы и эккринные железы. Апокринные железы, расположенные у основания волосяных фолликулов, в первую очередь развились с целью производства запахов в виде феромонов, территориальных маркеров и предупреждающих сигналов; они очень редко используются для охлаждения тела в теплые дни (хотя бывают и исключения). Эккриновые железы, расположенные близко к поверхности кожи, в основном вырабатывают пот с целью терморегуляции.
У большинства млекопитающих большая часть тела покрыта апокриновыми железами. Приматы ( в частности, шимпанзе и гориллы ) – единственная группа млекопитающих с относительно большим количеством эккринных желез по сравнению с апокриновыми железами.
Точно так же люди – единственный вид на планете, чьи тела почти полностью покрыты эккринными железами (за исключением нескольких мест, таких как подмышки, слуховые проходы, веки и соски). По всему телу у нас содержится от двух до пяти миллионов этих желез. Вместе они производят около 12 литров пота в день, больше, чем у любого другого животного.
Эволюция (относительно) голой кожи считалась необходимой предпосылкой для эволюции пота у людей. Пот легко испаряется с обнаженной кожи, в то время как он будет скапливаться вокруг плотных волосяных фолликулов, что будет иметь контрпродуктивный эффект. Развитие пота, в свою очередь, позволило людям охотиться на дичь на больших расстояниях в жаркие дни, в то время как большинство других видов легко перегреваются.
В этой статье мы рассмотрим 7 основных животных (помимо людей), которые выделяют потоотделение в той или иной форме. В список будут включены только те животные, которые потеют, чтобы высвободить тепло, охладить тело или каким-либо образом увлажнить кожу. Он не будет включать общее потоотделение для других целей выживания.
# 7 Животное, которое потеет: лошади и ослы
Любой, кто когда-либо работал с лошадьми достаточно долго, заметит, что у них действительно есть способность выделять пену или пену на теле, особенно вокруг задних ног и шеи, при выполнении упражнений или работе в жарких условиях. Эта пена во многом напоминает пот, но на самом деле она содержит уникальный белок, называемый пеленой, который придает поту пенистый вид.
Пена позволяет потоотделению проникать по всей поверхности водонепроницаемых волос от основания до кончика. Это, в свою очередь, увеличивает его воздействие на воздух, поэтому в конечном итоге он испаряется из тела. Latherin также присутствует в слюне, помогая лошади пережевывать пищу с высоким содержанием клетчатки.
Когда лошадь работает особенно тяжело, она может легко потерять около 4 галлонов пота в час, в зависимости от интенсивности упражнения и температуры окружающей среды. Для сравнения, лошадь обычно выпивает от 10 до 20 галлонов воды в день. Эффективность этой системы охлаждения снижает потребность лошади сильно задыхаться в жарких условиях, и это может быть признаком проблемы со здоровьем, если лошадь не может должным образом потеть.
6. Животное, которое потеет: зебры.
Однако эволюция полосатых зебр по-прежнему остается спорным вопросом, а терморегуляция – лишь одна из многих гипотез.
# 5 Животное, которое потеет: шимпанзе
Как упоминалось ранее, у шимпанзе высокое соотношение эккринных и апокринных желез, предположительно для того, чтобы помочь им регулировать температуру своего тела. Тем не менее, их потоотделение не так эффективно, как у человека, как из-за более низкой плотности желез на их коже, так и из-за их густой шерсти. По этой причине шимпанзе по-прежнему полагается на другие методы, чтобы сохранять хладнокровие.
# 4 Животное, которое потеет: гориллы
Другой близкий родственник человека, гориллы, также имеют способность потеть в теплую погоду, чтобы оставаться прохладным и комфортным, но терморегуляция – лишь одна из целей потовых желез.
Так же, как у шимпанзе и людей, у горилл есть специализированная ткань, называемая подмышечной впадиной или подмышечным органом, расположенная в подмышечных впадинах. Этот орган особенно ярко выражен у горилл-самцов. Он состоит из четырех-шести слоев желез, выделяющих пот и другие запахи. На самом деле это служит основной цели – облегчить общение внутри всей группы. Аромат подает сигнал тревоги другим членам группы, когда поблизости скрываются потенциальные угрозы. Это также полезный признак репродуктивной способности.
По какой-то неизвестной причине люди все еще сохраняют сильный запах подмышек, несмотря на то, что они, казалось бы, не имеют большого смысла. Это создало небольшую научную загадку.
# 3 Животное, которое потеет: обезьяны Старого Света
Бабуин – еще один род обезьян Старого Света, включающий шесть различных видов, обитающих в Африке и на Аравийском полуострове. Для них характерна собачья морда, мощные челюсти, острые зубы, короткие хвосты, относительно большой размер тела и выступающие ягодицы. У бабуинов также есть несколько эккринных желез, покрывающих их тела. Некоторые исследования подтверждают, что они действительно выделяют пот в ответ на тепло.
# 2 Животное, которое потеет: собаки
Вы можете быть немного удивлены, узнав, что у собак есть группа эккринных желез (иногда также называемых мерокринными железами) вокруг подушечек лап. Они имеют ту же функцию, что и человеческие потовые железы, – охлаждают тело. Если приглядеться, то в жаркий день иногда можно увидеть, как на лапах собирается пот. Относительно голая кожа делает возможным потоотделение. Но именно поэтому пот ограничивается только подушечками лап.
Из-за густой шерсти собаки не могут потеть большей частью своего тела. Они должны по-прежнему дышать, чтобы оставаться прохладными.
# 1 Животное, которое потеет: бегемот
Вопреки распространенному заблуждению, бегемот вообще не производит настоящего пота, но это все равно интересно по другой причине. Это большое полуводное африканское травоядное животное выделяет красную липкую жидкость, наполненную слизью, которая действует как своего рода увлажняющий крем, солнцезащитный крем и антибиотик. Этот пот изначально бесцветный, но на самом деле он становится красным и коричневым при взаимодействии с определенными пигментами. Люди дали ему прозвище кровавый пот, хотя в нем нет ни крови, ни настоящего пота. Хотя пот невероятно полезен, он не служит целям терморегуляции.
Чтобы оставаться прохладным, бегемот любит валяться в грязи или оставаться в основном погруженным в воду в течение дня.
а потеют ли животные?
Вы когда-нибудь видели кошку с шерстью, покрытой потом? Тепло у кошек, так же как и собак, с трудом превращается в пот благодаря предельному сокращению числа потовых желез. Кажется, собаки совершенно не обращают на это внимания и носятся так же неистово в жаркую погоду, как и в холодную, но затем обессилено падают, тяжело дыша широко открытой пастью, высунув язык в отчаянной попытке охладиться. Это соответствует их охотничьим методам. Дикие собаки свою добычу догоняют, тогда как кошки к ней подкрадываются.
Утрата кошкой потовых желез делает такое внимание к внутренней температуре необходимым. Всякий, кто был свидетелем сильнейших мучений кошки, которая перегрелась, долго находясь в жарком месте, и не смог привести в порядок температуру ее тела путем изменения внешней температуры, понимает это. Короткое и быстрое дыхание, взгляд широко открытых глаз не легко забыть.
Кошки имеют несколько потовых желез, они находятся в таких местах, как щеки и губы, вокруг сосков и между подушечками на лапах. Они также смешаны с сальными железами в районе анальных желез.
Однако нос и верхняя губа у кошек очень чувствительны к малейшим колебаниям температуры и могут рассматриваться как ее наружный термометр.
Потеют ли кошки?
У кошки есть потовые железы по в ей поверхности кожи, за исключением кожи носа, полностью свободной от желез.
Неправильное представление, видимо, происходит в связи с тем, что существует два типа потовых желез: эккриновые потовые, обнаруженные только на подушечках лап, и эпокриновые, имеющиеся всюду, в особенности на коже мошонки у кота.
У человека эккриновые железы имеют большое значение как источник пота, который в жаркой обстановке охлаждает тело за счет своего испарения. В этом смысле железы способствуют регулированию температуры тела, поддерживая постоянную температуру. Но у кошки, имеющей эти железы только на подушечках лап, они имеют небольшое значение в регулировании температуры. И тем не менее, заметно, что в жаркий день на гладкой поверхности кошка оставляет за собой влажные следы. Эти железы также функционируют при эмоциональном возбуждении, так же, как и железы на ладонях человека, у которого эффект потных рук можно наблюдать в периоды тревоги и беспокойства. Таким образом, испуганная кошка, например, при ветеринарном осмотре может оставить влажные следы, которые особенно хорошо видны на темной поверхности.
кошки есть потовые железы по в ей поверхности кожи, за исключением кожи носа, полностью свободной от желез.
Неправильное представление, видимо, происходит в связи с тем, что существует два типа потовых желез: эккриновые потовые, обнаруженные только на подушечках лап, и эпокриновые, имеющиеся всюду, в особенности на коже мошонки у кота.
У человека эккриновые железы имеют большое значение как источник пота, который в жаркой обстановке охлаждает тело за счет своего испарения. В этом смысле железы способствуют регулированию температуры тела, поддерживая постоянную температуру. Но у кошки, имеющей эти железы только на подушечках лап, они имеют небольшое значение в регулировании температуры. И тем не менее, заметно, что в жаркий день на гладкой поверхности кошка оставляет за собой влажные следы. Эти железы также функционируют при эмоциональном возбуждении, так же, как и железы на ладонях человека, у которого эффект потных рук можно наблюдать в периоды тревоги и беспокойства. Таким образом, испуганная кошка, например, при ветеринарном осмотре может оставить влажные следы, которые особенно хорошо видны на темной поверхности.
Эволюция энхансера одного гена сделала людей самыми потливыми из приматов
Рис. 1. Схема, иллюстрирующая основные результаты обсуждаемого исследования. Эволюционные изменения в человеческой линии внутри последовательности обнаруженного учеными энхансера гена EN1, который в коже отвечает за формирование потовых желез, привели к более активной экспрессии гена и, как следствие, к повышению количества потовых желез в коже людей. Частично это обусловлено повышением сродства последовательностей внутри энхансера к транскрипционному фактору SP1. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS
Развитие потовых желез в коже млекопитающих зависит от работы гена EN1. Белок, им кодируемый, — это транскрипционный фактор, от которого зависит включение экспрессии других генов. В недавнем исследовании был обнаружен один из энхансеров гена EN1, причем выяснилось, что его нуклеотидная последовательность у людей сильно отличается от других млекопитающих (в том числе и от ближайших родственников — человекообразных обезьян). Эксперименты на клеточных культурах и на модельных животных помогли убедиться, что именно изменения в этом энхансере привели к повышению экспрессии гена EN1 в коже человека и это, в свою очередь, привело к повышению плотности потовых желез на единицу площади поверхности тела. Этот же ген контролирует и развитие множества иных структур, экспрессируясь в других частях эмбриона. Однако там его активность регулируется через другие энхансеры. Такое устройство системы регуляции генов позволяет эффективно модифицировать одни признаки, не затрагивая другие, даже если эти признаки находятся под управлением одних и тех же генов-«дирижеров».
Человека иногда называют «голой обезьяной» из-за сильной редукции волосяного покрова на теле. Но представителей нашего вида вполне можно назвать и «потливыми обезьянами»: организм человека производит в 4–10 раз больше пота, чем шимпанзе (у людей выделяется до 1 л пота в час при сильной жаре). Потение является для нас основным способом охлаждения тела при повышенной температуре окружающей среды или при перегревании тела вследствие интенсивной мышечной работы. Предполагается, что все это стало особенно актуальным для наших предков, перешедших от жизни в лесу на деревьях к жизни в африканской саванне, где днем может сильно припекать солнышко, а добыча пропитания и жизнь в соседстве с крупными хищниками нередко вынуждали изрядно побегать. Собственно, основная версия при объяснении потери шерсти человеком тоже связана с тем, что потение как механизм терморегуляции работает эффективнее и быстрее, если испарение пота происходит с голой кожи.
Отметим еще один интересный факт, касающийся анатомических особенностей наших близких и дальних родственников в устройстве системы потоотделения. Как известно, родственной группой для всех приматов являются грызуны. В самой группе приматов выделяется ветвь мокроносых приматов (в нее входят лори и лемуры), сохранивших более примитивные признаки, и ветка более прогрессивных сухоносых приматов (здесь мы найдем, к примеру, макак, капуцинов, шимпанзе и наш собственный вид). Так вот, потовые железы у всех грызунов и у мокроносых приматов имеются только на оголенных поверхностях ступней и ладоней — вероятнее всего, именно так располагались потовые железы у общего предка грызунов с приматами. А у сухоносых приматов потовые железы рассеяны по всему телу, что стало, вероятно, эволюционной инновацией в этой группе.
Потовые железы образуются в результате дифференцировки клеток эктодермы. Известно, что эта дифференцировка сопровождается активацией экспрессии гена транскрипционного фактора EN1. Причем этот ген не экспрессируется в тех клетках эктодермы, которые выбирают другие направления дифференцировки (например, формируют волосяные фолликулы или другие типы кожных желез). К тому же у людей была выявлена корреляция между уровнем экспрессии этого гена в коже и плотностью потовых желез, а у мышей была обнаружена связь аллельных полиморфизмов в этом гене с количеством потовых желез на подушечках стоп (у мышей потовые железы есть только в стопах на лапках).
Авторы статьи, опубликованной на прошлой неделе в журнале PNAS, поставили перед собой цель найти те изменения в самом гене EN1 или в регуляторных участках, контролирующих работу этого гена, которые обусловили эволюцию по вышеупомянутому фенотипическому признаку.
Аминокислотная последовательность белка EN1 человека, как выяснилось, ничем не отличается от таковой у всех прочих узконосых обезьян. Отсюда следует, что изменения следует искать регуляторных участках, через которые контролируется экспрессия EN1 — в промоторе или в энхансерах.
Поясним эти два термина. Промотор — это участок, находящийся вблизи от точки начала транскрипции гена (синтеза копии РНК), с которым должен связаться фермент, обеспечивающий транскрипцию, чтобы начать свою работу. Энхансер — это участок ДНК, который позволяет усиливать транскрипцию гена, связывая белки-активаторы (транскрипционные факторы). Располагаются энхансеры на некотором (иногда весьма большом, порядка сотен тысяч пар нуклеотидов) расстоянии от точки начала транскрипции, а один ген может регулироваться сразу несколькими энхансерами. Нередко у энхансеров есть тканевая специфичность — то есть один и тот же ген активируется в разных типах клеток при посредстве разных энхансеров. В частности, ген EN1 работает не только в кератиноцитах (клетках кожи), но и в некоторых других тканях эмбриона. Однако только в кератиноцитах он контролирует именно формирование потовых желез — в других частях эмбриона под его контролем развиваются совсем другие структуры (в частности, этот же ген важен для нормального развития нервной системы).
Схожая ситуация была описана в новости Змеи потеряли ноги из-за выключения гена Sonic hedgehog («Элементы», 03.11.2016): ген Shh участвует в развитии конечностей, но также и в развитии головного мозга. Благодаря тому, что его регуляция в разных частях эмбриона зависит от разных энхансеров, стали возможными серьезные эволюционные изменения работы Shh у змей, потерявших конечности (как следствие изменений одного из энхансеров этого гена), но сохранивших нормальное развитие мозга.
Итак, первой встала задача найти потенциальные энхансеры гена EN1, причем именно те, которые действуют в кератиноцитах. Сначала надо было ограничить область поиска. Для этого авторы получили в публичных базах данных сведения о характерном для кератиноцитов структурировании хромосом на домены TAD (Topologically associating domain). Такие домены являются, с одной стороны, структурными единицами — каждый TAD, представляя собой участок хромосомы, обособлен от соседних TAD в пространстве ядра. В то же время эти домены являются и функциональными единицами: насколько сегодня известно, ген и активирующие его энхансеры размещаются всегда в пределах единого домена TAD. Таким образом, ученые нашли интересующий их TAD, в который попадает ген EN1. Это оказался регион 2-й хромосомы длиной почти 900 000 пар оснований (Chr2: 118 000 000–118 880 000). В пределах этого TAD также обнаружились еще два гена (Insig2 и Ccdc93).
Энхансеры гена — функционально важные области, мутации в таких участках бывают обычно вредными и отсеиваются отбором. Следовательно, области энхансеров должны отличаться от других участков, не выполняющих каких-либо функций (а таких, в нашем геноме, как известно, порядка 90%), более высокой консервативностью. В пределах установленного TAD нашлось 209 консервативных участков с длиной от 50 нуклеотидов, лежащих вне белок-кодирующих областей. Это — черновой список последовательностей-кандидатов в искомые энхансеры. Авторы решили, что это слишком много, и провели дальнейшую фильтрацию. Известно, что энхансерам свойственны некоторые особые приметы (эпигенетические маркеры). Например, обычно с активными энхансерами бывают связаны ацетилированные гистоны. Также эти области можно опознать по более высокой доступности для разрезания ДНКазой — ввиду более «открытой» пространственной конформации хроматина. Еще одна примета, которую искали ученые, — совпадение участков-кандидатов с известными областями ускоренной эволюции у человека (HARs). Ведь, напомним, конечной целью было найти те изменения, благодаря которым люди стали потеть больше других приматов.
В итоге после процедуры фильтрации остался 41 участок, а с учетом близости расположения некоторых из них, конечный список последовательностей-кандидатов состоял из 23 фрагментов длиной 1–1,5 тысяч нуклеотидов (такова обычно бывает длина энхансера). Каждый элемент получил свой порядковый номер (ECE1–ECE23). Один из этих участков (ECE2) перекрывался с промотором гена EN1, остальные располагались на разном удалении от гена.
Теперь можно было переходить к следующему этапу — экспериментальной проверке работоспособности предсказанных энхансеров. Объектами для экспериментов стали животные (мыши) и клеточные культуры кератиноцитов — человеческие и мышиные.
Проверяемые фрагменты соединяли с генетической конструкцией, содержащий ген GFP (он кодирует зеленый флуоресцирующий белок медуз, который ученые часто применяют в качестве репортера в подобных экспериментах) с промотором, и вводили полученные конструкции в клетки эктодермы мышиных эмбрионов (использовали метод вирусной трансдукции). Заметим, что в этой серии экспериментов вместо человеческих последовательностей использовали гомологичные последовательности генома мышей. Когда мышатам исполнялось 2,5 дня — именно в этот срок у них происходит формирование потовых желез — готовили образцы тканей кожи с лапок, и окрашивали антителами к белку GFP. Из 23 фрагментов всего 5 (ECE2, ECE8, ECE18, ECE20, ECE23) дали положительный результат — белок GFP выявлялся в некоторых участках кожи на подушечках и между подушечками стоп, причем в этих же участках располагались и потовые железы. В трех случаях (ECE2, ECE18, ECE20) белок GFP также обнаружился и в коже оволосенной тыльной части лапок, хотя потовых желез там не было. Авторы отмечают, что это может быть интересно в контексте вопроса о том, как произошло распространение потовых желез за пределы поверхностей ладоней и стоп у сухоносых приматов.
Далее ученые сосредоточились на области ECE18, так как она содержит наибольшее число (четыре) консервативных элементов (потенциальных сайтов связывания каких-то транскрипционных факторов) и при этом перекрывается с одной из известных зон ускоренной эволюции, обозначаемой 2xHAR20. ECE18 располагается на расстоянии чуть менее 500 тысяч пар нуклеотидов от точки начала транскрипции гена EN1. Интересно, что в геноме мыши этот участок оказывается внутри интрона другого гена, Celrr (это видно на рис. 2), которого нет у человека. Очевидно, этот ген утратил функцию и превратился в псевдоген где-то в эволюции приматов.
Рис. 2. А — схема расположения 23-го участка-кандидата в пределах исследуемого TAD (показано расположение гомологичных мышиных последовательностей относительно мышиной хромосомы, но авторы указывают, что оно точно соответствует их расположению и в TAD хромосомы человека). Эти 23 участка показаны вертикальными чертами серого, оранжевого и красного цвета. Красным выделен участок ECE18 (он выделен еще и рамочкой), оранжевым — еще четыре участка, давшие положительный результат в тестах на энхансерную активность. B — структурная характеристика элемента ECE18 человека. Красным обозначен сам элемент, ниже серыми полосками показано перекрывание с известными HAR, синие полоски показывают обнаруженные авторами исследования консервативные участки. Ниже показана оценка уровня консервативности (сходства) вдоль всего ECE18 при сравнении разных видов млекопитающих. C — схема проведения первой серии экспериментов для установления энхансерной активности предсказанных регуляторных участков гена EN1. D — слева показана схема конструкций (контрольной и опытной), использованных для сравнения энхансерной активности вариантов последовательности ECE18, справа — пример окрашенных препаратов кожи подошвенных поверхностей лап мышат в контроле и при встраивании в конструкцию последовательностей ECE18 разных видов млекопитающих (шимпанзе, мыши, человека). Места, где присутствует белок GFP, окрашены в коричневый цвет, на такие места указывают стрелки. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS
Чтобы получить количественную оценку эффективности энхансера, в новой серии экспериментов использовали конструкцию с другим репортерным геном — геном белка люциферазы. Продукцию белка можно измерить по интенсивности свечения люциферазы в клетках. Были созданы конструкции с геном люциферазы и гомологами ECE18 из разных видов млекопитающих: мыши, кошки, приматов — галаго (это представитель мокроносых обезьян), мармозетки, макаки, шимпанзе, человека. Конструкции вводили в кератиноциты человека (культивируемые вне организма). Продукция люциферазы существенно различалась: человеческий вариант последовательности обеспечивал в 13 раз более высокий сигнал люминесценции в сравнении с контролем (где энхансер отсутствовал) или с вариантами последовательностей из геномов мыши и галаго. По сравнению с последовательностями макаки и шимпанзе человеческий вариант последовательности давал в 2,6 и в 1,4 раза более высокий сигнал, соответственно.
Наконец, была проведена и серия экспериментов с использованием системы редактирования генома CRISPR/Cas9, чтобы внести целенаправленные изменения в геном и вмешаться в работу родного для клеток энхансера в естественном геномном окружении.
При введении в человеческие кератиноциты CRISPR-системы, вносящей повреждения в сайты связывания SP1, экспрессия белка EN1 заметно снижалась, что полностью согласуется с вышеописанными результатами люциферазных тестов. При этом экспрессия двух других генов из того же TAD не изменялась, то есть энхансер специализирован только на регуляции гена EN1.
Поработали и с генно-редактированными мышками. Мыши с искусственной делецией участка ECE18 из генома были совершенно обыкновенными, не отличаясь от контрольных ни по экспрессии гена EN1, ни по количеству формируемых на подушечках лап потовых желез (все это вполне согласуется с люциферазными тестами). Если эта область заменялась человеческим вариантом — экспрессия EN1 в кератиноцитах из кожи подушечек лап мышат возрастом 2,5 дня была повышена в сравнении с контрольными мышками. Увы, количество потовых желез при этом не отличалось от контроля. Однако ученые сделали хитрый ход. Они получили гибридных мышей, у которых в одной из хромосом ECE18 был вырезан, а во второй находился мышиный либо человеческий вариант последовательности. И вот в этом случае при наличии человеческого варианта ECE18 разница в количестве потовых желез все-таки появилась. Правда, не по всей поверхности кожи подошвы, а только в участках более тонкой кожи между подошвенными подушечками.
На основе изложенных результатов авторы делают следующие выводы. Во-первых, описанный механизм эволюции системы регуляции гена EN1 и формирования под его контролем потовых желез представляет наглядный пример того, что экспрессия гена может изменяться постепенно за счет последовательного накопления множественных мутаций в одном и том же регуляторном элементе, так что каждая мутация дополняет эффект предыдущих. Во-вторых, на будущее остаются вопросы о том, за счет чего на активность энхансера в области ECE18 влияют изменения, расположенные вне сайтов связывания транскрипционного фактора SP1; какую роль играют в эволюции эмбрионального развития потовых желез изменения в оставшихся четырех последовательностях-кандидатах (они также перекрываются с известными зонами ускоренной эволюции у человека); какие другие гены, помимо EN1, имеют отношение к эволюции системы потоотделения у приматов вообще и у человека в частности; и, наконец, какую роль играет комбинация изменений в разных частях системы регуляции, определяя особенности формирования потовых желез в разных группах млекопитающих.
Источник: Daniel Aldea, Yuji Atsuta, Blerina Kokalari, Stephen F. Schaffner, Rexxi D. Prasasya, Adam Aharoni, Heather L. Dingwall, Bailey Warder, Yana G. Kamberov. Repeated mutation of a developmental enhancer contributed to human thermoregulatory evolution // PNAS. 2021. DOI: 10.1073/pnas.2021722118.