Решение эволюционной загадки
Нью-Бедфордский залив, один из крупнейших объектов программы Superfund Агентства по охране окружающей среды США (EPA), десятилетиями загрязнялся полихлорированными бифенилами (ПХБ) и тяжелыми металлами. Несмотря на это, местная популяция атлантической фундулюса (Fundulus heteroclitus) — мелкой неперелетной рыбы — не только выживает, но и процветает в этой токсичной среде.
Исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и их коллеги обнаружили, что ключ к устойчивости кроется в изменениях рецепторного белка арилуглеводородного рецептора 2 (AHR2). В норме AHR2 запускает выработку ферментов для детоксикации, но некоторые ПХБ постоянно стимулируют этот рецептор, что приводит к токсическим эффектам. У фундулюсов из Нью-Бедфордского залива эта система стала резистентной.
"Фундулюсы смогли заблокировать этот путь. Это пример того, как некоторые популяции адаптируются к изменениям среды — моментальный снимок эволюции в действии", — говорит биолог WHOI Марк Хан, соавтор статьи в BMC Evolutionary Biology.
Используя подход "генов-кандидатов", команда секвенировала кодирующие белок участки трех генов (AHR1, AHR2, AHRR) у рыб из загрязненного и шести чистых участков на северо-востоке США. Анализ однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) выявил ключевые различия в гене AHR2.
Белок AHR2 у фундулюса состоит из 951 аминокислоты, девять из которых варьируются. Разные комбинации вариантов дают 26 форм белка. У популяции из Нью-Бедфордского завала набор этих вариантов статистически значимо отличается от соседних, незагрязненных популяций.
"Функция этого рецептора — опосредовать токсические эффекты. Если у вас нет функционального рецептора, вы не получите таких же токсических эффектов, как рыба, у которой он есть", — поясняет Сибель Карчнер, соавтор исследования.
Параллельное исследование коллег из лаборатории EPA в Наррагансетте, использовавшее "сканирование генов-кандидатов" (42 гена, ассоциированных с путем AHR), также идентифицировало AHR2 как ген, находящийся под действием отбора. Это указывает на конвергентную эволюцию устойчивости у разных популяций фундулюса, затрагивающую один и тот же ген-мишень.
Интересно, что AHR2 был ранее идентифицирован как ген устойчивости к ПХБ у речного налима из реки Гудзон (исследование 2011 года в Science). Хотя конкретные молекулярные изменения у налима (отсутствие двух аминокислот из 1104) и фундулюса различны, в обоих случаях ключевую роль играет один и тот же ген.
Несмотря на устойчивость, фундулюсы остаются переносчиком загрязнений по пищевой цепи, поскольку служат пищей для луфарей, полосатых окуней и других промысловых рыб. Ученые также задаются вопросом о возможной "цене" такой адаптации: может ли резистентность к ПХБ влиять на способность рыб справляться с другими стрессорами, такими как низкий уровень кислорода.
"Это захватывающий пример того, как деятельность человека может двигать эволюцию. Способность адаптироваться к меняющимся условиям станет еще важнее по мере нашего воздействия на окружающую среду", — заключает Марк Хан.