Av många orsaker bör stora vita hajar betraktas som naturens superhjältar i havet - de är stora och starka, lever långa liv, kan läka sina sår anmärkningsvärt snabbt, och det är till och med troligt att de sällan får cancer. Men hur är det möjligt att dessa forntida jättar har så många superhjälliknande drag? Forskare har nu tagit ett stort steg mot att besvara den frågan genom att avkoda hela genomet av den stora vita hajen.
Ett internationellt team av forskare under ledning av forskare vid Save Our Seas Foundation Shark Research Center och Guy Harvey Research Institute vid Nova Southeastern University i Florida sekvenserade genomet till den stora vita hajen (Carcharodon carcharias) och jämförde det med genomerna från flera andra ryggradsarter. Teamet upptäckte en mängd ovanliga genetiska egenskaper som kan förklara varför vita hajar är superhjältarna (eller supervillainerna, om du är en fyllig sjölejon) i havet. Deras studie publicerades online på måndag (18 februari) i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.
Genetisk stabilitet är nyckeln
Sekvensering av det stora vita hajgenomet var ingen liten uppgift - genomet bestod av 4,63 miljarder baspar (de kväveinnehållande molekylerna som utgör DNA-stegen "rullar"), som är ungefär 1,5 gånger storleken på det mänskliga genomet. "Det är ganska imponerande," sade Dovi Kacev, en marin molekylär ekolog och forskare vid National Marine Fisheries Services Southwest Fisheries Science Center i Kalifornien, som inte var inblandad i studien.
Nästan 60 procent av det vita hajgenomet bestod av upprepade genetiska sekvenser, vilket liknar det som ses i det mänskliga genomet. Det speciella med vita hajgenomet var att många av de upprepade regionerna är koder för en speciell grupp av gener som kallas LINE.
"Dessa gör kopior av sig själva och sätts sedan in igen slumpmässigt på olika platser i genomet, och i processen gör de dubbelsträngade pauser i DNA som måste repareras," säger Michael Stanhope, en evolutionär biolog vid Cornell University i New York . Stanhope ledde studien tillsammans med Nicholas Marra och Mahmood Shivji, bevarandebiologer vid Nova Southeastern University.
Dessa frekventa pauser i DNA gör genomet instabilt, vilket vanligtvis leder till en högre risk för genetiska mutationer som kan orsaka problem som så småningom kan leda till cancer. Men vita hajar verkar ha utvecklat ett sätt att undvika sådan genomisk instabilitet.
Forskarna fann att det vita hajgenomet innehöll en hel del gener som ansvarade för att upprätthålla genetisk stabilitet - saker som DNA-reparationsgener och tumörundertryckande gener. Och när forskarna jämförde vita hajens stabilitetsgener med analoga gener i andra ryggradsdjur, fann de små förändringar i gensekvensen som antyder ett specifikt mönster för evolutionär anpassning för dessa gener hos vita hajar.
"Tänk på det som en finjustering av dessa gener för att upprätthålla genomstabilitet i vithajen," sade Stanhope.
Människor har spekulerat i att hajar har en mycket lägre cancernivå än andra djur, men "det finns inte många riktiga data som säger det med säkerhet", sa Kacev. Icke desto mindre kan den rikliga förekomsten av speciellt anpassade stabilitetsgener förklara den potentiella cancerresistensen.
"Om du vill förebygga cancer, måste du bibehålla stabiliteten i ditt genom," sade Stanhope, vilket innebär att man undviker genetiska mutationer. En ansamling av överskottmutationer leder till cancer, men hajgenomet verkar speciellt utformat för att förhindra det. "Det här är saker som vi måste testa i labbet, dock för att verkligen veta", sade han.
Stanhope varnade också att medan vita hajar kan ha en genetisk anpassning för att förhindra dem från att få cancer, betyder det inte att konsumera hajprodukter kan förhindra en människa från att få cancer, trots vad förespråkare för "alternativ medicin" kan hävda.
Och deras andra speciella förmågor ...
Genetik kan också förklara en annan av vithajens superkrafter: förmågan att läka snabbt. Teamet upptäckte flera vita hajgener som är kända för att spela viktiga roller i sårläkning av ryggradsdjur. Och, liknande stabilitetsgenerna, var de sårläkande generna i den vita hajen under samma typ av positiva evolutionära urvalstryck, vilket betyder att det finns en tendens att antalet av dessa fördelaktiga egenskaper ökar.
"Vi hittade också en anrikning av gener för både sårläkning och genomstabilitetsgener i vithajen jämfört med andra ryggradsdjur," sade Stanhope. Med andra ord, vithajgenomet har en högre andel av dessa typer av gener jämfört med vad som ses i andra ryggradsgenom.
Medan teamet upptäckte ett antal gener som kan vara ansvariga för många av de stora vitens superhajförmågor, fanns det en egenskap som inte tydligt redovisades av genomet: hajens känsliga sniffer.
Hajar är kända för att ha en skarp luktkänsla, så forskarna förväntade sig hitta många olfaktoriska receptor (OR) gener, som är generna som är ansvariga för effektiva schnozes från andra ryggradsdjur. Men vithajgenomet innehöll exceptionellt få av dessa gener. Vad forskarna fann i stället var en annan kategori av gener, kallad vomeronasal gener. Dessa gener kan också vara involverade i uppfattningen av lukt, men de är normalt inte lika överflödiga som OR-gener, sade Stanhope. I vithajgenomet finns det dock mer än dussin vomeronasala gener, så forskarna föreslog att kanske dessa gener driver luktuppfattningen i vithajen.
"Vi befinner oss fortfarande på en punkt där vi repar ytan, men att ha denna genomsekvens ger oss en utgångspunkt för att ta itu med dessa frågor mer detaljerat," sa Kacev. Denna forskning kommer utan tvekan att hjälpa till att svara på frågor om andra arter också, tillade han. "Att förstå vithajens genom är inte bara viktigt för den vita hajen, utan det är ett byggnadsställning eller en uthoppningspunkt för att förstå besläktade arter."
Stora vita hajar är en av världens mest erkända marina varelser, men deras populationer kämpar när människor fortsätter att jaga dem av rädsla och girighet. "Människor har dessa bilder av det som avbildas i filmer och TV-program som dessa dödande maskiner," sa Kacev. Ändå är verkligheten att människor dödar mycket fler hajar än hajar dödar människor.
"Människor dödar många, många miljoner hajar varje år över hela världen av dumma, falska medicinskäl; för hajfinsoppa och alla slags skäl som bara är tragiska," sa Stanhope. Forskarna hoppas att deras studie hjälper fler människor att inse hur speciella dessa gamla ryggradsdjur är.
"Jag hoppas att människor känner igen de anmärkningsvärda, biologiska anpassningarna av dessa djur och som en följd av dem har en större uppskattning för dem," sade Stanhope.
