Dlaczego konie tak szybko biegają? Poznaliśmy odpowiedź

Najszybszym kręgowcem lądowym jest gepard grzywiasty. To dość nietypowa sytuacja, bowiem gepard jest drapieżnikiem i nie należy do zwierząt kopytnych, które ewolucyjnie dostosowały się do biegu. Drapieżniki potrafią ścigać ofiarę, ale żaden z nich nie osiąga tak wielkich prędkości jak gepard.

Lwy albo tygrysy, wilki czy likaony bazują na wytrzymałości i cierpliwości, a nie szybkości jako takiej. Stawiają na zaskoczenie, pułapki, niekiedy współpracę. Tymczasem gepard to kot typowo pościgowy, który na krótkim odcinku linii prostej jest w stanie prześcignąć każde zwierzę, za którym puści się w pogoń.

Prędkość geparda jest kwestią ciągłych sporów, bo niektóre źródła mówią nawet o 115 czy 120 km/h. Nie ulega wątpliwości, że ten kot potrafi rozpędzić się do ponad 90 km/h i wynik ten osiąga szybko.

Wśród kręgowców mamy kilka gatunków rozwijających dużą prędkość. Struś afrykański dochodzi do 90 km/h, podobnie jak widłoróg amerykański. Wyniki powyżej 80 km/h osiągają też nieliczne antylopy, np. skocznik antylopi czy gnu pręgowane, a także gazelopka sawannowa. Nie jest do końca jasne, jak w toku ewolucji zwierzęta te dostosowały swe organizmy do takiego biegu. Wiemy natomiast, jak zrobiły to konie.

Okazuje się, że w organizmie kręgowców jest gen odpowiedzialny za mówienie mięśniom "stop" przy zwiększonym zużyciu tlenu podczas wysiłku, np. biegu. Konie zdołały tę barierę złamać.

"Science" publikuje badania na temat tego, w jaki sposób seria mutacji genetycznych u dawnych przodków koni pozwoliła na zmiany fizjologiczne ich organizmów prowadzące do znacznie wyższej sprawności tlenowej mięśni.

Mówiąc skrótowo, konie dokonały mutacji genetycznych, które doprowadziły do niezwykłego i rzadko spotykanego kompromisu. Autor badań Gianni Castiglione z Uniwersytetu Vanderbilt w stanie Tennessee w USA mówi, że to jak "zjeść ciastko i mieć ciastko".

Zmiany w genach umożliwiają mięśniom koni szybkie i wydajne wykorzystanie tlenu, bez narażania się na uszkodzenia komórkowe, które zwykle wiążą się ze spalaniem dużej ilości tlenowego paliwa. To sprawia, że niewiele organizmów jest w stanie utrzymać dużą prędkość przez długi czas, tak jak robią to konie. Nawet szybsze od nich antylopy czy gepardy mają z tym problem.

Konie mają relatywnie dużą masę mięśniową w porównaniu z całym ciałem i na dodatek mięśnie te zawierają wysokie nagromadzenie odpowiedzialnych za spalanie tlenu mitochondriów w komórkach.

Dzięki temu zdolność do pobierania i wykorzystywania tlenu jest u nich tak wysoka, wyższa niż u ludzi, wyższa niż u innych zwierząt.

Konie ewoluowały, aby poradzić sobie ze zwiększonym obciążeniem tlenowym spowodowanym przez aktywność mitochondrialną. Nastąpiło to poprzez ewolucję pojedynczej mutacji, która zwiększa fosforylację tlenu, jednocześnie łagodząc wynikający z niej stres oksydacyjny

---

Kluczowe okazały się dwa białka - NRF2 i KEAP1. To pierwsze zbudowane z 589 aminokwasów niekiedy nazywane jest "białkiem wiecznej młodości". NRF2 ma silne działanie antyoksydacyjne w komórkach i pozwala na produkcję cząsteczek ATP.

Taka cząsteczka składa się z adeniny, rybozy i trzech reszt fosforanowych. Ma wysokoenergetyczne wiązania chemiczne, dzięki czemu służy do produkcji energii w procesach biochemicznych. Mitochondria spalają ją jako paliwo.

NRF2 jest białkiem ryzykownym dla organizmu, ponieważ może mieć też fatalne skutki uboczne. Dlatego zwierzęta sięgają po to białko tylko wtedy, gdy muszą i tu pomaga im KEAP1.

Jak podaje "Science", to właśnie ono pomaga trzymać działanie białka NRF2 w ryzach. U koni następuje zjawisko zwane rekodowaniem, które pozwala odczytać fragmenty białka odwrotnie - zwiększając wysiłek, zamiast go stopować. Konie nie ponoszą z tego tytułu żadnych wymiernych strat i skutków ubocznych, co jest efektem mutacji genetycznej.

Zdaniem naukowców ta zmiana mogła nastąpić u przodków koni około 5 do 4 mln lat temu, zatem krótko przed powstaniem rodzaju Equus, do którego należą konie, osły czy zebry.

Co ciekawe, ta mutacja genetyczna następująca w toku ewolucji jest także charakterystyczna dla ptaków. Są one w stanie latać na bardzo duże odległości, co umożliwiło im międzykontynentalne migracje.

Mogą także latać bardzo szybko, ekstremalnie szybko. Jerzyk w locie poziomym osiąga 180 km/h, a sokół wędrowny w locie nurkowym rozpędza się do ponad 300 km/h. Zdaniem naukowców to konwergencja. Konie i ptaki niezależnie od siebie odpowiedziały na wyzwania środowiskowe podobnym mechanizmem biologicznym. Dzięki niemu są zdolne do wysiłku zabójczego dla wielu innych zwierząt.