Ученые раскрыли, как обитатели глубин адаптировались к своей среде

Генетический анализ псевдолипариса (глубоководной морской улитки) — самого глубокоживущего из известных видов позвоночных — выявил ряд ключевых адаптаций, позволяющих ему выживать на глубине более 6000 метров.

Результаты, опубликованные в качестве eLife Reviewed Preprint, дают убедительные доказательства механизмов адаптации к глубоководной среде и эволюционной истории этого вида.

Исследование предполагает, что наличие множественных копий двух генов, cldnj и fthl27, позволяет псевдолипарису сохранять слух и выдерживать колоссальное давление.

Изучение эволюции и адаптации

Чтобы понять, как вид вошел и адаптировался к хадальной зоне (глубины более 6000 м), ученые собрали четыре образца псевдолипариса (Pseudoliparis swirei) из Марианской впадины и четыре образца мелководной улитки Танаки из Желтого моря. Сравнив их геномы, команда установила:

  • Псевдолипарис и улитка Танаки разошлись в эволюции около 18 миллионов лет назад.
  • Псевдолипарис и другие виды Liparidae, живущие на глубине около 1000 м, разошлись примерно 9,9 миллиона лет назад — что близко ко времени формирования Марианской впадины.
  • Ученые предполагают, что предок псевдолипариса сначала адаптировался к глубинам около 1000 м, а затем постепенно осваивал большие глубины по мере формирования впадины.

Генетические адаптации к экстремальным условиям

  1. Потеря зрения и циркадных ритмов: Полное отсутствие света привело к существенной потере многих генов, связанных со зрением. Также отсутствуют многие гены, связанные с циркадными ритмами, хотя ключевые "часовые" гены сохранились. Это говорит о том, что ритмический цикл поддерживается, но больше не зависит от солнца.
  2. Выживание при голодании: Потеря гена gpr27, который увеличивает мобилизацию липидов, может быть ключевым механизмом выживания в периоды нехватки пищи.
  3. Слух под давлением: Ген cldnj необходим для формирования отолитов — структур внутреннего уха из карбоната кальция (CaCO3). Обычно отолиты не могут эффективно формироваться на глубинах более 4000 м. У псевдолипариса обнаружено три копии этого гена (против одной у мелководного вида), что, вероятно, позволяет поддерживать целостность отолитов и слуховую функцию.
  4. Защита от давления: Ген fthl27 кодирует белок ферритин, который повышает устойчивость к активным формам кислорода, повреждающим клетки под высоким гидростатическим давлением. У псевдолипариса обнаружено 14 копий этого гена (против трех у улитки Танаки). Эта экспансия гена, наряду с высокой активностью генов репарации ДНК, критически важна для адаптации.

Роль TMAO

Ранее считалось, что ключевую роль в адаптации играет соединение TMAO, стабилизирующее белки под давлением. Однако экспрессия гена фермента fmo3, производящего TMAO, у псевдолипариса оказалась такой же, как у многих поверхностных видов. Это указывает, что множественные копии cldnj и fthl27 могут играть более важную роль.

Выводы и перспективы

"Наше исследование дает анализ генома псевдолипариса на уровне хромосом, углубляя понимание происхождения и адаптивных механизмов этого вида", — заключает соавтор Шуньпин Хэ. — "Мы предполагаем, что псевдолипарис проник в хадальную зону относительно недавно, в последние несколько миллионов лет, после полного формирования Марианской впадины, и затем расселился по другим океаническим желобам в течение 1 миллиона лет".

Авторы призывают к дальнейшим исследованиям, особенно адаптации нервной системы к высокому давлению.

2023-06-20