Wszystkie wieloryby i delfiny wyewoluowały z podobnych jeleniom zwierząt ze smukłymi kopytnymi nogami, które żyły 53-56 milionów lat temu. Z czasem ich ciała stały się bardziej opływowe, a ogony rozszerzyły się do tylnej płetwy. Straciły swoje tylne nogi, a przednie zmieniły się w płetwy. I stały się mądrzejsze. Dziś wieloryby i delfiny - wspólnie nazywane waleniami — należą do najinteligentniejszych ssaków, intelektem rywalizującym z naczelnymi.

Shixia Xu z Nanjing Normal University odkrył, że gen zwany ASPM zdaje się odgrywać ważną rolę w ewolucji mózgów waleni. Gen pokazuje widoczne ślady zmian adaptacyjnych w dwóch okresach czasowych, kiedy mózgi niektórych waleni zwiększyły swój rozmiar. Jednak ASPM jest również połączony z ewolucją większych mózgów w innej gałęzi rodziny ssaków — naszej. Przeszedł przez podobne wybuchy przyspieszonej ewolucji wśród wielkich małp, a szczególnie wśród naszych przodków, po tym jak oddzielili się od szympansów.

Zdaje się, że zarówno naczelne jak i walenie - intelektualna waga ciężka w świecie zwierząt — zawdzięczają swoje rozrośnięte mózgi zmianom w tym samym genie. „To znaczący wynik" mówi Michael McGowen, który bada genetyczną ewolucję wielorybów w Wayne State University. „Praca nad ASPM dostarcza jasnych dowodów na adaptacyjną ewolucję i jest kolejnym wśród narastających dowodów na zbieżność pomiędzy naczelnymi a waleniami z molekularnego punktu widzenia."

Przez dziesiątki lat wiedzieliśmy, że podobieństwa między inteligencją naczelnych i waleni sięgają głęboko. Na przykład, obie grupy mają przedstawicieli z niezwykle dużymi mózgami. My, ludzie, mamy mózgi, które są 7 razy większe niż można byłoby się spodziewać po zwierzęciu tych rozmiarów. Odpowiednio 2-3 razy dla szympansów i niektórych małp, i 4-5 razy dla niektórych delfinów.

W ciągu ostatniej dekady naukowcy zidentyfikowali siedem genów, które odpowiadają za rozmiar mózgu naczelnych. Nazywają się MCPH1 do MCPH7 (ASPM jest piątym z kolei). Błędy w tych genach mogą prowadzić do mikrocefalii — wady rozwojowej charakteryzującej się słabnącym małym mózgiem.

McGowen pokazał już, że w przeciwieństwie do ludzi, wśród waleni MCPH1 nie jest całkowicie związany z rozmiarem mózgu. Xu chciał sprawdzić, czy ASPM będzie bardziej interesujący. Wyselekcjonował ten gen w czternastu gatunkach waleni , od butlonosa do płetwala karłowatego. Porównał je potem do znanych ciągów osiemnastu innych ssaków, wliczając kilka naczelnych i hipopotama (najbliższy żyjący krewny waleni).

Xu odkrył, że ASPM przeszedł przez dwa etapy silnego doboru pozytywnego — gdzie dobroczynne nowe wersje genu rozeszły się w populacji. Pierwszy zbiega się z punktem, kiedy zębowce (jak kaszaloty i delfiny) oddzieliły się od fiszbinowców (jak płetwal błękitny, finwal, i długopłetwiec). Ich mózgi stały się większe. Drugi okres wyznacza rozdzielenie zębowców na  delfinowate (zaliczają się do nich wszystkie oceaniczne delfiny i morświnowate) i całą resztę. Duże już mózgi delfinowatych stały się jeszcze większe.

Xu dostrzegł również ślady doboru pozytywnego w genach ASPM wśród naczelnych, ale nie w innych grupach ssaków. W swej historii, obie grupy musiały doświadczyć presji ewolucyjnych, które sprawiały, że nagle duży mózg dawał przewagę. Możemy jedynie spekulować, co to mogło być. Wśród waleni, zębowce wyewoluowały nawigację przez echolokację, i możliwe że potrzebowały większego mózgu do przetwarzania informacji ze wszystkich powracających dźwięków. Delfiny mogą zawdzięczać swoje większe mózgi wymaganiom życia w dużych, skomplikowanych grupach społecznych. (Obie hipotezy krążą od pewnego czasu, ale odkrycie Xu dotyczące ASPM nie obala żadnej z nich).

Co właściwie robi ASPM? Gen aktywuje się w neuroblastach, tych komórkach macierzystych, które później dzielą się na neurony. Pomaga stworzyć struktury w podzielonych komórkach, które przekazują pełen komplet DNA do każdej córki. Jeśli ASPM nie działa prawidłowo, neuroblasty nie mogą się podzielić równo i mózgi się zmniejszają. Nie jest jasne, co się dzieje w sytuacji odwrotnej — jak zmiany w ASPM prowadzą do zwiększenia mózgu, ale jest teraz oczywiste, że zdarzyło się to w co najmniej dwóch grupach ssaków.

Xu odkrył pewne mutacje mające związek z większym mózgiem zębowców, i inne związane z jeszcze większym mózgiem u delfinowatych. Co te mutacje sprawiły nie wie nikt, i z pewnością trzeba wielu eksperymentów by to odkryć.

Jedna krytyczna myśl: są to zmiany inne od tych, które widać u naczelnych. Ten sam gen mógł powiększyć mózg w obu grupach, ale zrobił to na różne sposoby. I bez wątpienia, brały w tym udział również inne geny.

(Podsumowując, oto mój ulubiony przykład konwergentnej ewolucji, który również dotyczy waleni. Zębowce i niektóre nietoperze posługują się echolokacją, a ich umiejętności zależą od tych samych zmian w tym samym genie — prestin. Zostało to odkryte w tym samym czasie przez dwie niezależne grupy badaczy, jedna pod kierownictwem Yang Liu a druga Ying Li!)

Źródła: Xu, Chen, Cheng, Yang, Zhou, Xu, Zhou & Yang. 2012. Dobór pozytywny w genie ASPM pokrywa się ze zwiększeniem rozmiaru mózgu u waleni. Proc Roy Soc B

Tekst orygionalu

Not Exactly Rocket Science/Discover, 11 września 2012r.