Ионный обмен может быть главным драйвером развития жабр у рыб

Новое исследование ставит под сомнение давнюю теорию о том, что первой функцией рыбьих жабр было дыхание.

Исследовательская группа из Университета Британской Колумбии (Канада) изучила развитие жабр у радужной форели (Oncorhynchus mykiss), чтобы определить, какая функция появилась первой: поглощение кислорода или ионный обмен. Их эксперименты показывают, что жабры сначала были вовлечены в ионный обмен, что позволяет предположить, что именно эта активность могла развиться эволюционно первой. Эксперименты предоставляют первые прямые физиологические доказательства в поддержку так называемой ионорегуляторной гипотезы.

Команда помещала каждую личинку в специальную пластиковую камеру (flux chamber) с отсеком для головы и жабр и отсеком для хвоста, а затем измеряла уровни кислорода и ионов (натрия и калия) на обоих концах. К 15–16 дням после вылупления жабры обменивали больше ионов, чем хвост, но потребовалось ещё 8–13 дней, чтобы жабры начали обменивать больше кислорода. Ионы (заряженные химические частицы) необходимы для функционирования клеток, но могут стать токсичными при слишком высокой концентрации в крови.

Одна из исследователей, Кларис Фу, отметила, что давление, воздействующее на личинок, сходно с эволюционным, поэтому учёные часто изучают развитие личинок для исследования эволюции. К таким факторам давления относятся увеличение размера тела, более активный образ жизни и утолщение кожи. По мере роста личинок эти факторы (такие как утолщение кожи) привели к перемещению ионного обмена в жабры ещё до того, как они начали использовать жабры для дыхания. Это указывает, что то же самое могло произойти в ходе эволюции рыб: особи с жабрами, способными к ионному обмену, имели бы больше шансов на выживание, чем те, у которых этой способности не было, или те, кто сохранил тонкую кожу для поглощения ионов.

Исследование опубликовано в онлайн-выпуске журнала Proceedings of the Royal Society B на этой неделе.