Адаптации позволяют антарктическим ледяным рыбам видеть под морским льдом

Антарктические ледяные рыбы (Cryonotothenioidea) демонстрируют уникальные адаптации к жизни в ледяных водах, включая антифризные гликопротеины и потерю гемоглобина. Новое исследование в Molecular Biology and Evolution раскрывает генетические механизмы адаптации их зрительной системы к холоду и условиям освещения подо льдом.

Исследователи под руководством Джанни Кастильоне и Белинды Чанг изучили влияние температур ниже нуля на эволюцию родопсина — светочувствительного белка, работающего в условиях слабого освещения.

Ключевые генетические изменения:

• В родопсине ледяных рыб обнаружены признаки положительного отбора и ускоренной эволюции.
• Выявлены две уникальные аминокислотные замены, отсутствующие у других позвоночных.
• Эти изменения, вероятно, произошли в ключевые периоды: при появлении антифризных белков и наступлении полярных холодов.

Функциональные последствия мутаций:

• In vitro тесты показали, что обе замены изменяют кинетический профиль родопсина, снижая энергию активации для возврата в "темновую" конформацию. Это компенсирует замедление кинетики из-за холода.
• Одна из замен также смещает поглощение света родопсином в сторону более длинных волн (красное смещение).

"Мы были удивлены, увидев, что родопсин ледяных рыб эволюционировал так, чтобы мутации могли одновременно изменять и кинетику, и поглощение света. Мы предполагаем, что это позволяет рыбам адаптировать зрение к красному смещению подо льдом и к холоду с помощью очень немногих мутаций", — отмечает Кастильоне.

Интересно, что эти адаптивные изменения отличаются от найденных ранее у высокогорных сомов, что указывает на множественные пути адаптации этого белка.

Будущие исследования и угрозы:

Учёные планируют изучить холодоадаптацию родопсина у арктических рыб, где конвергентная эволюция, вероятно, шла иными молекулярными путями. Однако сбор данных затруднён из-за сложности отлова этих рыб.

Климатические изменения создают дополнительную угрозу. "Таяние морского льда может очень скоро изменить адаптивный ландшафт для ледяных рыб, вынудив их столкнуться с эволюционным 'несоответствием' между средой и их генетикой", — предупреждает Кастильоне.