Эпигенетические часы определяют возраст зебровых акул

Флоридский музей естественной истории рассказывает о методе, способном закрыть важный пробел в изучении акул: новое исследование в Molecular Ecology использует химические метки на ДНК для оценки возраста животного. У зебровой акулы (Stegostoma tigrinum) созданные эпигенетические часы определяют возраст особей с известной датой рождения с погрешностью примерно в два года.

Возраст — не второстепенная биологическая характеристика. Возрастная структура популяции показывает, достаточно ли в нее приходит молодняка, сколько осталось размножающихся взрослых животных и является ли промысловая нагрузка устойчивой. Однако для многих угрожаемых акул надежных нелетальных методов нет.

Почему возраст акулы трудно определить

Размер тела дает лишь приблизительный ориентир, поскольку после созревания рост замедляется. Подсчет зон роста в позвонках может быть информативнее, но они не у всех видов одинаково надежны, а получение позвонков требует гибели животного. Поэтому ученые часто зависят от прилова, выбросившихся на берег или уже погибших особей.

Анализ крови можно проводить у живых акул и повторно брать образцы у тех же животных. Это особенно важно для угрожаемых видов и долгосрочного мониторинга.

Химические следы времени в геноме

Эпигенетические часы ищут не изменения последовательности ДНК, а химические модификации, прежде всего метильные группы на определенных участках цитозина. Эти метки способны включать и выключать гены, не меняя основной генетический код.

В течение жизни метилирование меняется по повторяющимся закономерностям. Большие области генома с возрастом теряют метильные группы, а отдельные участки их накапливают. Статистическая модель объединяет наиболее информативные позиции в оценку возраста. Такие часы созданы для многих млекопитающих и некоторых других позвоночных, но акулы и скаты почти не изучались.

Пятьдесят одна акула калибрует часы

Команда исследовала кровь 51 зебровой акулы, родившейся в аквариумах и имевшей документированную дату рождения. Выборка включала молодняк младше года и животных старше 28 лет, охватывая почти всю известную продолжительность жизни вида.

Геном зебровой акулы содержит около 3,7 миллиарда пар оснований. Исследователи выбрали менее 100 цитозиновых участков с наиболее выраженными возрастными сигналами. Даже упрощенная модель всего с десятью участками теряла сравнительно мало точности.

В зависимости от модели медианная абсолютная ошибка у животных известного возраста составляла от 1,03 до 1,99 года. Лучше всего оценивался возраст молодых акул. У старых животных изменения метилирования замедлялись, а неопределенность возрастала.

Проверка на акулах, родившихся в природе

Питание, стресс, болезни и условия аквариума могут влиять на биологический возраст. Поэтому часы, откалиброванные по животным в аквариумах, нельзя автоматически переносить на дикие популяции.

Ученые также изучили 19 зебровых акул, родившихся в природе, но позднее попавших в аквариумы. Точная дата рождения была неизвестна, поэтому по размеру и сроку содержания под опекой рассчитали минимальный возраст. По сравнению с этими оценками часы обычно укладывались в погрешность от трех до четырех лет.

Результат обнадеживает, но еще не является окончательной проверкой для свободноживущих популяций. Расхождение может идти от модели, неизвестного истинного возраста или различия между хронологическим и биологическим возрастом. Нужны дополнительные образцы диких акул и повторные измерения.

Новые данные для рыболовства и охраны

Практический тест может показать, преобладают ли в популяции молодые, размножающиеся взрослые или старые животные. Если промысел меняет это соотношение, управляющие органы заметят предупреждение раньше, чем обычные учеты покажут явное падение численности. Это особенно ценно для зебровой акулы, которой угрожают рыболовство и утрата рифов.

Метод пока не стал быстрым полевым тестом: кровь нужно взять, обработать и проанализировать выбранные участки ДНК. Однако небольшой набор надежных маркеров должен сделать крупные популяционные выборки доступнее.

Теперь исследователи проверят, встречаются ли те же возрастные сигналы у других видов акул. Поскольку их линия отделилась от остальных позвоночных около 400 миллионов лет назад, общие эпигенетические закономерности могут раскрыть глубокое эволюционное происхождение механизмов старения.