Как один ген у маленькой рыбки может изменить водную экосистему

В озере Кеннеди на острове Ванкувер (Британская Колумбия) обитает колюшка трёхиглая — вид маленьких рыб, который стал важным объектом эволюционных исследований. Учёных особенно интересует сильно варьирующий признак, контролируемый одним геном: количество костных пластин («брони») на теле рыбы.

Новое исследование под руководством постдока Университета Пенсильвании Сета Радмана показывает, что вариации в этом гене у этой крошечной рыбки могут влиять на всю водную экосистему.

Ключевые результаты

• Влияние на фосфор: Исследователи обнаружили, что рыбы с большим количеством пластин (высокопластинчатые) выделяют в окружающую воду больше фосфора по сравнению с малопластинчатыми рыбами. Поскольку фосфор — ключевой элемент в водных экосистемах, это различие может иметь каскадные эффекты на микробов, растения и водоросли.
• Роль гена Eda: В необычной популяции озера Кеннеди стабильно сосуществуют обе формы рыб. Признак количества пластин контролируется геном Eda. Исследование предполагает, что версия этого гена, которой обладает рыба, влияет на то, как она взаимодействует с окружающей средой.
• Химический состав как «коктейль»: Учёные использовали новые методы, чтобы оценить, как эволюция влияет на элементный состав отдельных рыб, рассматривая организм как «мешок атомов» — углерода, кальция, стронция и т.д.
  • Дикие морские и пресноводные колюшки значительно различались по своему «ионому» — составу содержащихся в них элементов.
  • Эти различия сохранялись, даже когда морских рыб выращивали в пресной воде, а пресноводных — в солёной.
• Быстрая адаптация: Однако рыбы также показали признаки адаптации к новым условиям. Когда морских рыб помещали в пресную воду, их способность усваивать фосфор увеличивалась. «Это имеет большой смысл, потому что фосфор — действительно лимитирующий элемент в пресноводных системах», — говорит Радман.

Значение исследования

Это редкий случай, когда учёным удалось связать генетическое различие с физическим признаком, а затем связать этот признак с потенциальным эффектом на экосистему, поскольку другие организмы могут использовать элементы, которые рыбы выделяют или поглощают.

«Дарвин говорил, что эволюция медленна, происходит на протяжении эонов, а экология происходит сегодня у нас на заднем дворе, — говорит Радман. — Но это не так. Эволюция во многих системах происходит быстро, в течение лета для плодовой мушки или за десятилетие для колюшек».

Быстрая эволюция, характерная для меняющихся условий, подобных сегодняшним, будет иметь экологические последствия и может однажды помочь учёным предсказать, как виды отреагируют на будущие вызовы.

Исследование опубликовано в журнале Ecology Letters.