Что общего у пираний и золотых рыбок?

Обыкновенная золотая рыбка, крошечные пескари, популярная аквариумная тетра, знаменитый электрический угорь, гигантский сом Меконга весом почти 700 фунтов, пиранья с острыми зубами, хорошо изученная рыбка данио — все эти рыбы имеют нечто общее. Помимо наличия особых костных структур, передающих звуковые волны от плавательного пузыря к внутреннему уху, что даёт им слух наравне с человеческим или даже лучше, они являются членами Ostariophysi — надотряда костистых рыб, включающего более 10 300 видов из 1100 родов и 70 семейств.

Однако, хотя многие из этих видов хорошо известны, высшие родственные связи между ними до сих пор ставят ихтиологов в тупик.

«Нет консенсуса об эволюционных связях между этими основными линиями Ostariophysi, и разные исследования давали почти все возможные варианты взаимоотношений между Gymnotiformes [электрический угорь и ножетелые], Siluriformes [сомы] и двумя подотрядами Characiformes [карпообразные]; вместе эти три отряда называются Characiphysi». — Chakrabarty et al, 2017

В статье, опубликованной в печати в Systematic Biology, исследователи, включая ведущих ихтиологов из Университета штата Луизиана (LSU) и других университетов и музеев США и Мексики, использовали высококонсервативные участки геномов животных, называемые ультраконсервативными элементами (UCEs), чтобы составить одну из наиболее насыщенных данными филогений рыб на сегодняшний день. Авторы исследования хотели выяснить, как группа рыб, включающая всё — от пираний до сомов, которые обычно совсем не похожи друг на друга, может быть столь разнообразной и при этом близкородственной.

Исследователи также хотели проверить, могут ли некоторые рыбы Ostariophysi выглядеть похожими, но быть эволюционно более далёкими, чем считалось ранее. Они использовали сотни UCEs (генетических элементов) для реконструкции Древа Жизни этих рыб. Ранее известное Древо Жизни для этих рыб основывалось в основном на морфологии (скелетных структурах, особенностях нервной системы) или всего на нескольких генах.

«UCEs были открыты вскоре после проекта "Геном человека"; это странные участки генома, которые остаются относительно консервативными в течение долгих периодов времени, что позволяет легко находить и получать их сотнями», — сказал первый автор исследования Прошанта Чакрабарти, куратор коллекции рыб в Музее естественных наук LSU. — «Мы не до конца понимаем их функцию или назначение, но исследователи из UCLA, LSU и других мест начали использовать UCEs для лучшего понимания глубинных связей в более сложных частях Древа Жизни».

Используя технологии секвенирования ДНК нового поколения, исследователи из LSU и других учреждений приступили к перерисовке Древа Жизни для основных линий Ostariophysi. Их последняя статья в Systematic Biology устанавливает неожиданные родственные связи для Characiformes — отряда лучепёрых рыб, включающего тетр и пираний, который является одной из самых спорных групп в систематике рыб. Чакрабарти и коллеги обнаружили, что, несмотря на некоторое морфологическое сходство, рыбы двух подотрядов Characiformes — Citharinoidei и Characoidei — более тесно связаны с другими кладами Ostariophysi, чем друг с другом.

«Основные связи этих двух групп, харациновых и цитариноидов, не показали их как ближайших родственников друг другу», — сказал Чакрабарти. — «Это зубастые серебристые рыбы, и мы обнаружили, что харациновые (включая тетр) более тесно связаны с сомами, чем с цитариноидами. Мы пришли к выводу, что Characiformes являются парафилетической группой, то есть имеют более чем одно происхождение. Глядя на них, можно ожидать, что пираньи и африканские тигровые рыбы тесно связаны, но черты, которые, как ранее считалось, их объединяют, на самом деле возникли в результате конвергенции, а не общего происхождения».

Выяснение родственных связей видов на древе Ostariophysi может помочь исследователям лучше понять, как эта группа, которая содержит больше видов, чем птицы или млекопитающие, и включает животных, общающихся с помощью электричества, звука и феромонов, достигла такого успеха. Использование знаний о связях внутри этой группы рыб, эволюционировавших на древнем суперконтиненте Гондвана, также может помочь нам лучше понять, как Индия, Мадагаскар, Австралия, Антарктида, Африка и Южная Америка когда-то были частью единого массива суши, который распался. Родственные связи видов могут многое рассказать о древней географии и других условиях окружающей среды.

«Это, пожалуй, самая сложная статья, над которой я когда-либо работал», — сказал Чакрабарти. — «Это более четырёх лет работы со многими соавторами. Ostariophysi — особенно проблемная группа рыб для понимания не только из-за их размера и распространения на всех континентах, но и потому, что они эволюционировали более 100 миллионов лет назад — и, судя по нашей работе и работе других, происхождение основных групп произошло очень быстро. Мы надеялись, что UCEs смогут распутать связи каждой из основных линий».

Одним из самых сложных аспектов исследовательского проекта был анализ огромного количества данных секвенирования, собранных из образцов рыб, представляющих более 30 видов, собранных по всему миру Американским музеем естественной истории и лабораторией Чакрабарти в Музее естественных наук LSU. Но упорный труд приносит свои плоды. На этой неделе новое Древо Жизни Ostariophysi Чакрабарти и коллег украсило обложку Systematic Biology, с иллюстрацией, разработанной исследователем птиц LSU Museum Субиром Шакья, который также является талантливым научным иллюстратором и художником.