ДНК древней рыбы открывает окно в прошлое

Случайная находка окаменелых костей трёхиглой колюшки возрастом 12 тысяч лет позволила учёным подтвердить явление параллельной эволюции — повторяющихся эволюционных изменений или адаптаций.

После таяния ледников в конце последнего ледникового периода (около 10 000–20 000 лет назад) произошёл подъём суши, сформировавший множество прибрежных озёр. Трёхиглые колюшки оказались в них в ловушке, но адаптировались к новым пресноводным местообитаниям.

Это происходило многократно по всему Северному полушарию: пресноводные колюшки эволюционировали одинаково, демонстрируя сходные изменения в поведении, внешнем виде и функциях. Это делает их идеальной «моделью» для изучения параллельной эволюции.

Обычно учёные сравнивают современные пресноводные и морские популяции, предполагая, что нынешняя морская популяция репрезентативна для предковой популяции пресноводных колюшек. Хотя это полезное приближение, морские колюшки также эволюционировали, и современные морские рыбы могут важным образом отличаться от тех предковых рыб, которые изначально колонизировали пресные воды.

После извлечения ДНК из недавно обнаруженных древних костей колюшки новое исследование, опубликованное в Current Biology, объединило области древней ДНК, эволюционной геномики и геологии, чтобы сравнить геномы современных колюшек и их предков, которые впервые колонизировали те же пресноводные озёра 12 000 лет назад.

Секвенирование колюшек возрастом 12 000 лет

Доктор Эндрю Фут из Университета Бангора объединился с профессором Томом Гилбертом из Копенгагенского университета, чтобы использовать передовую лабораторию и методы работы с древней ДНК для секвенирования геномов двух 12-тысячелетних колюшек из Северной Норвегии.

«Хотя эти кости принадлежат колюшкам, которые умерли тысячи лет назад, когда большая часть Скандинавии всё ещё была покрыта гигантским ледяным щитом, они всё ещё содержат фрагменты ДНК. Эти генетические последовательности предоставляют нам окно в глубокое прошлое и в ранние стадии пресноводной адаптации», — объясняет доктор Эндрю Фут.

«Поразительно, что нам удалось обнаружить варианты, известные своей адаптивностью к пресной воде, у одной-единственной морской колонизирующей особи, преодолев все трудности, связанные с секвенированием древней ДНК. Это окончательно доказывает, что генетические варианты, адаптивные к пресной воде, присутствовали в популяциях колюшек, которые колонизировали пресноводные озёра из моря тысячи лет назад», — говорит ведущий автор Мелани Кирх, аспирант Фридриха Мизеровской лаборатории Общества Макса Планка в Тюбингене.

Однако она предостерегла: «Наши результаты показывают, что этот высоко повторяемый процесс, который мы называем параллельной эволюцией, всё же имеет некоторые ограничения. Даже когда колонизирующий предок нёс генетические варианты, известные своей адаптивностью в пресной воде, эти варианты не всегда присутствуют в современной популяции. Это говорит о том, что даже полезные пресноводно-адаптивные варианты могут быть утрачены в ходе эволюционного процесса адаптации, вероятно, случайным образом — процесс, известный как «генетический дрейф».

Геологическая находка

Кости были обнаружены норвежскими геологами, изучавшими сильный подъём суши, произошедший на норвежском побережье после исчезновения тяжёлого Скандинавского ледяного щита. После поднятия суши сформировалось множество прибрежных озёр. Отложения на дне таких изолированных озёр содержат запись перехода от морской к пресноводной среде.

«Рыбьи кости, которые мы вымыли из наших образцов осадка, были удивительно хорошо сохранены и могли быть немедленно идентифицированы как кости трёхиглой колюшки», — говорит геолог Андерс Ромундсет из Геологической службы Норвегии (NGU).

Возраст костей определили методом радиоуглеродного датирования по остаткам наземных растений, найденным на тех же стратиграфических уровнях. Поскольку кости были обнаружены в слое отложений, представляющем переход от морской среды обитания к пресноводной, древние геномы содержали генетические вариации, связанные с адаптацией к морской среде, но с признаками адаптации к пресной воде в некоторых генах.