Команда учёных из Калифорнийского университета в Дейвисе сделала удивительное открытие, изучая представителей рода фундуловых (Fundulus). Эти небольшие тропические рыбки, входящие в семейство карпозубых, обитают в основном вдоль восточного побережья США, которое в последние десятилетия подвергается невероятному промышленному загрязнению.
Однако для рыб это не помеха: оказалось, что всего за 60 лет они сумели приспособиться к токсинам, уровень которых в прибрежных водах и устьях рек в тысячи раз превышает смертельный для тех же видов, живущих в чистых водоёмах.
Героем исследования стал обыкновенный фундулюс (Fundulus heteroclitus), в народе известный как мумичег.
В ходе работы учёные секвенировали геномы 384 представителей вида, обитающих в загрязнённых и незагрязнённых (контрольная группа) местах в гавани Нью-Бедфорда (штат Массачусетс), в бухте Ньюарк (Нью-Джерси), в области Бриджпорта (Коннектикут) и в реке Елизаветы (Вирджиния). Большинство из этих районов ещё с 1950-х годов загрязняются смесью промышленных веществ, включая диоксины, тяжёлые металлы и другие химикаты.
Также исследователи секвенировали транскриптомы (совокупность всех РНК), чтобы проанализировать экспрессию генов животных.
В геномах рыб, живущих в загрязнённых водах, обнаружились сотни изменений, породивших терпимость организма к токсинам. Дело в том, что представители семейства карпозубых, благодаря своему генетическому разнообразию, могут очень быстро приспосабливаться к изменениям среды обитания. Этот случай не стал исключением: генетическая изменчивость позволила рыбам адаптироваться прежде, чем окружающая их среда оказалась загрязнена до смертельного уровня.
Примечательно, что многие адаптации стали уникальны для каждой популяции в своём регионе, но в то же время некоторые изменения совпали у рыб из разных популяций, хотя появились, вероятнее всего, независимо друг от друга (речь идёт о конвергентной эволюции).
Авторы отмечают, что многие из генетических изменений сосредоточены в генах сигнального пути арил-гидрокарбонового рецептора (AHR-рецептора). Сигнальный путь у рыб "в обычных условиях" выполняет сразу несколько функций, и одна из них – это как раз защита от токсинов.
Для наглядного сравнения учёные взяли эмбрионы "здоровых" рыб из контрольной группы и адаптировавшихся к загрязнениям. Их выращивали вместе в чистой воде, а затем добавляли в неё токсичные вещества. У первой группы в ответ на это, как и положено, активировалось множество генов AHR-пути. Тем временем у второй группы AHR-путь никак не отреагировал на появление токсинов в воде, то есть стал нечувствительным.
Исследователи отметили, что вызванная токсинами активация AHR-пути вызывала у первой группы дефекты развития, приводящие к смерти эмбрионов и мальков, в то время как особи из второй группы продолжали спокойно развиваться. Дело в том, что нечувствительность AHR-путей повлекла за собой ряд генетических изменений в других сигнальных путях – они начали компенсировать это "отключение" и брать защитные функции на себя.
Учёные, кроме того, объяснили и феноменальную скорость, с которой карпозубые адаптировались к плохим экологическим условиям. Во-первых, сыграло свою роль то самое высокое генетическое разнообразие, о котором упоминалось ранее, а во-вторых, важен тот факт, что фундулюсы не склонны к миграциям. Это рыбы "территориальные", обитающие в течение многих поколений на одном и то же месте – благодаря этому гены адаптации к загрязнениям не смешались с генами "здоровых" рыб.
По мнению авторов работы, открытие может послужить основной для будущих исследований генов, которые со временем становятся устойчивыми к определённым химикатам. В том числе это поможет объяснить различия в чувствительности (как у людей, так и у животных) к токсичным соединениям, которые сегодня массово воздействуют на все экосистемы.
Статья об уникальном эволюционном приспособлении рыб была опубликована в журнале Science.
Напомним, что ранее учёные выяснили, как мутация гена у пяденицы берёзовой перевела её "на тёмную сторону". Также стало известно о других последствиях загрязнений океанов: рыбы со временем "подсели" на пластик как люди на фастфуд.
