Что кишечник гуппи может рассказать об эволюции

Гуппи из Тринидада — уникальная модель для изучения эволюции. Несмотря на то, что в Тринидаде их считают обычными «дренажными рыбками», а в США они популярны как аквариумные питомцы, эти рыбы десятилетиями предоставляют учёным ключевые эволюционные инсайты.

Новое исследование под руководством Сары Эванс и Сары Фитцпатрик из Университета штата Мичиган, опубликованное 25 мая в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, продвинуло эти инсайты дальше. Учёные показали, как гуппи помогают исследовать роль микробиома кишечника — сообщества микробов в пищеварительном тракте — в эволюции, здоровье и выживании организма-хозяина.

Уникальная природная лаборатория

Ключ к исследованию — уникальная экосистема Тринидада. Остров, отделившийся от Южной Америки, имеет независимые речные системы, стекающие с гор. В каждой из них существуют изолированные популяции гуппи.

С 1950-х годов учёные используют эту систему для экспериментов по эволюции: они переносят гуппи из водоёмов с большим количеством хищников в водоёмы без них (и наоборот). Со временем рыбы адаптируются, и их гены и признаки начинают соответствовать местным популяциям. Этот процесс повторяем и предсказуем, что сделало систему гуппи учебным примером.

Эволюция микробиома vs эволюция генов

Эванс и Фитцпатрик задались вопросом: как меняется микробиом кишечника по мере эволюции гуппи? Они отправились на те же экспериментальные участки, чтобы взять образцы у коренных популяций и у потомков пересаженных рыб — как недавно перемещённых (около 5 лет назад), так и давно (до 60 лет назад).

В сотрудничестве с экспертами из Университета штата Рио-де-Жанейро они обнаружили:

1. Микробиом меняется быстрее генов. Состав микробного сообщества у пересаженных рыб адаптировался к новой среде гораздо быстрее, чем их гены и физические признаки.
2. Быстро меняется и форма кишечника — фактор, определяющий, какие микробы в нём выживут.
3. Микробиом не становится идентичным. Несмотря на быстрые изменения, микробные популяции у пересаженных рыб не совпадали с популяциями у коренных рыб в той же среде.
4. Функция сохраняется. Ключевой вывод: у пересаженных рыб были другие микробы, но выполнявшие те же функции, что и микробы у коренных рыб.

Сила междисциплинарного подхода

Идея исследования родилась спонтанно, когда обе исследовательницы были постдоками. Оно объединило экспертизу Эванс в микробиологии и Фитцпатрик в эволюционной экологии.

Работа была опубликована в специальном выпуске журнала, посвящённом исследованиям учёных, чья работа пострадала из-за пандемии COVID-19, особенно женщин и тех, кто ухаживает за детьми. Трое из четырёх авторов статьи — женщины с детьми.

Хотя система гуппи критикуется одними за «недостаточный контроль» (по сравнению с лабораторными экспериментами), а другими — за «излишнюю уникальность», авторы видят в ней силу.

«Мы думаем, что находимся в “золотой середине” — естественной лаборатории. В этом промежуточном состоянии есть своя мощь», — сказала Сара Эванс.