Фенотипическая пластичность у дафний: родительский успех требует жертв

Новое исследование биологов из Университета Техаса в Арлингтоне, изучающее ненаследственные изменения в развитии водяных блох (Daphnia abigua), показывает, что обеспечение успеха будущих поколений часто требует жертв.

Команда Мэтью Уолша, доцента биологии, исследовала феномен фенотипической пластичности. Это способность организма изменять экспрессию признаков или физические характеристики — свои или своего потомства — в ответ на внешние факторы. У Daphnia это может означать ускорение собственного физического созревания при угрозе со стороны хищника или ускорение созревания потомства.

Существующая теория предполагает, что сходные условия будут благоприятствовать фенотипическим изменениям как внутри одного поколения, так и между поколениями. Однако эксперимент Уолша, в котором участвовало около 25 линий Daphnia, противоречит этой идее.

«Удивительный аспект нашего исследования в том, что они не могли делать и то, и другое одновременно, — говорит Уолш, ведущий автор статьи в Proceedings of the Royal Society B. — Они могли либо усилить собственную приспособленность и выживание, либо усилить приспособленность и выживание будущих поколений».

Соавторами работы стали студенты UT Arlington Фрэнк Кули IV и Келси Байлз, а также Стефан Манч, специалист по рыболовству из Национальной службы морского рыболовства.

В условиях глобальных угроз, таких как изменение климата, потеря среды обитания и рост численности инвазивных видов, учёные пытаются понять способность организмов изменять экспрессию признаков на протяжении нескольких поколений.

«Пластичность широко распространена на всём древе жизни, — отмечает Уолш. — Эти ненаследственные реакции на сигналы окружающей среды могут представлять собой ключевой механизм, позволяющий организмам сохраняться в условиях продолжающегося изменения климата».

Чтобы изучить закономерности пластичности внутри и между поколениями, команда подвергала клоны Daphnia из шести озёр Коннектикута различным угрожающим факторам. Они использовали воду, содержащую кайромоны (химический сигнал, производимый рыбами-хищниками), и сигналы тревоги дафний (химические вещества, которые выделяют другие дафнии при опасности).

Результаты показали, что эти угрозы могут приводить к изменениям в скорости развития Daphnia, которые сохраняются на протяжении двух поколений. Также было последовательно обнаружено, что существует отрицательная взаимосвязь между изменениями развития внутри поколения и трансгенерационными изменениями. Иными словами, чем больше изменений внутри поколения, тем меньше отклонений от нормы наблюдалось в следующем поколении.

Лаура Гоф, исполняющая обязанности заведующей кафедрой биологии UT Arlington, подчеркивает значение этой работы:

«Исследование доктора Уолша предполагает, что сигналы окружающей среды, воспринятые одним поколением, могут влиять на рост и созревание будущих поколений способами, которые не объясняются текущей теорией. Это элегантное исследование подчёркивает необходимость проведения аналогичных экспериментов для проверки важных биологических теорий».