Адаптация к темноте: как поведенческие и генетические изменения помогли пещерным рыбам выжить в экстремальной среде
Биологи из Университета Мэриленда определили, как изменения в поведении и генетике привели к эволюции мексиканской слепой пещерной рыбы (Astyanax mexicanus) от её зрячего предка, обитающего на поверхности.
В исследовании, опубликованном 12 августа 2010 года в онлайн-версии журнала Current Biology, профессор Уильям Джеффери с коллегами предоставляют новые данные, показывающие, как поведенческие и генетические признаки совместно эволюционировали, чтобы компенсировать потерю зрения и помочь рыбам находить пищу в темноте. Это первый случай, когда была чётко установлена связь между поведением, генетикой и эволюцией у этих рыб, которые считаются отличной моделью для изучения эволюции.
Почему изучают слепых пещерных рыб
Во всём мире около 80 различных видов пещерных рыб эволюционировали из поверхностных, но в большинстве случаев предок, обитающий на поверхности, исчез. «Мексиканская слепая пещерная рыба — один из немногих случаев, когда всё ещё существует похожий предок», — объясняет профессор Джеффери. «За исключением потери глаз и пигментации у пещерной формы, поверхностных и пещерных обитателей трудно отличить. Эволюцию можно очень хорошо изучать, если у вас есть как предковая, так и производная формы».
Связь поведения, генетики и эволюции
Исследовательская группа Джеффери показала, как адаптивное поведение слепых пещерных рыб, дающее им преимущество в поиске пищи в темноте, связано с генетическим признаком.
«Поведение привлечения вибрацией» (VAB) — это способность рыб в темноте плыть к источнику колебаний воды. Постдок Масато Ёсидзава измерил эту поведенческую реакцию у пойманных в дикой природе и выращенных в лаборатории пещерных и поверхностных рыб, используя в качестве стимула вибрирующий стержень на разных частотах. Большинство пещерных рыб демонстрировали VAB, подплывая к стержню и тыкая в него, в то время как поверхностные рыбы делали это редко.
Это поведение выгодно для успешного кормления в тёмных пещерах, где источники пищи ограничены, а крупные хищники отсутствуют. «Однако вне пещеры много хищников, — объясняет Джеффери, — и без разбора движение на вибрацию было бы верным риском быть съеденным для поверхностной рыбы».
Пещерные рыбы чаще и сильнее всего реагировали на вибрацию частотой 35 Гц. «Эта частота попадает в диапазон, обнаруживаемый поверхностными нейромастами», — пояснил Ёсидзава. Эти специализированные волосковые клетки являются частью боковой линии рыбы — сенсорного органа, используемого для обнаружения движения и вибрации в окружающей воде.
Чтобы подтвердить роль поверхностных нейромастов (SN) и боковой линии, Ёсидзава измерил VAB после подавления функции SN у пещерных и поверхностных рыб с помощью нетоксичного клея. Без способности чувствовать SN пещерные рыбы больше не проявляли VAB.
Команда также исследовала роль количества и размера клеток SN в VAB, поскольку у пещерных рыб их больше и они крупнее. Ёсидзава создал генетический гибрид поверхностных и пещерных рыб. У гибридных рыб было промежуточное количество нейромастов, и они демонстрировали промежуточную реакцию VAB — сильнее, чем у поверхностных рыб, но слабее, чем у пещерных.
Из этого исследовательская группа сделала вывод, что VAB и усиление SN совместно эволюционировали, чтобы компенсировать потерю зрения и помочь слепым пещерным рыбам находить пищу в темноте.
Следующим шагом в этом исследовании будет идентификация гена или генов, вовлечённых в VAB, что открывает захватывающую возможность понять этот поведенческий сдвиг на молекулярном уровне.