Самки колюшек готовят потомство к изменению климата
Исследователи из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI) показали, что трехиглые колюшки (Gasterosteus aculeatus) в Северном море передают информацию о своей среде обитания потомству без генетических изменений. Это может играть важную роль в способности вида адаптироваться к последствиям изменения климата. Интересно, что эта передача информации, по-видимому, в первую очередь является ответственностью матери; в данном исследовании температурный опыт отца был гораздо менее значимым.
Отправная точка исследования: Северное море теплеет
Для Северного моря, места обитания морских популяций трехиглой колюшки, климатические модели прогнозируют повышение средней летней температуры воды до 4 градусов Цельсия к 2100 году (с 17°C до 21°C).
Экспериментальный подход
- Акклиматизация родителей: Самок и самцов колюшек содержали при температуре воды 17°C или 21°C в течение двух месяцев.
- Скрещивание: Затем рыб скрещивали внутри и между группами акклиматизации.
- Искусственное оплодотворение: Использовалось для создания нескольких семей оплодотворенной икры от разных пар родителей в каждой тестовой группе. Это позволило исключить генетические эффекты.
- Выращивание потомства: Потомство от каждой семьи выращивали при 17°C или 21°C, чтобы отделить острые эффекты собственной среды от эффектов, переданных средой матери и отца.
Ключевые результаты
- Роль матери: Через 30 дней потомство, которое росло в воде с той же температурой, что и у их матерей, показало наилучшие темпы роста. Это указало на материнский источник передачи информации.
- Механизм передачи — митохондрии: Ответ был найден в митохондриях — «энергостанциях» клеток, которые передаются следующему поколению исключительно через яйцеклетки самки.
- Оптимизированный метаболизм: Совместно с другими исследователями AWI биологи показали, что митохондрии в сердечной мышце молоди потребляют меньше энергии, если рыбы живут при той же температуре воды, что и их матери. Это означает оптимизированный энергопотребление и метаболизм.
- Долгосрочный эффект: Через 60 дней все группы показали лучший рост при 17°C, чем при 21°C. Однако материнские эффекты были четко видны в более стрессовой среде (21°C), тогда как отцовские эффекты оказывали незначительное влияние на рост потомства.
Вывод
Самки колюшек передают потомству оптимизированные митохондрии, адаптированные к условиям среды, которые испытали матери. В результате молодые рыбы получают информацию о среде обитания своих матерей без каких-либо генетических изменений. У этого вида материнские эффекты играют решающую роль в потенциале адаптации к изменениям среды обитания.
Этот механизм особенно хорошо работает в менее благоприятных условиях — для колюшек это означает в более теплой воде. Передача оптимально акклиматизированных митохондрий представляет собой селективное преимущество и, вероятно, является результатом эволюции.