Как маленькая рыбка пережила изоляцию от моря

Около 12 000 лет назад в Норвегии закончился последний ледниковый период. По мере таяния льда происходил подъем суши, из-за чего многие заливы сузились и превратились в озера, отрезав от моря оказавшуюся в них рыбу.

Исключением стала колюшка трехиглая (Gasterosteus aculeatus), которая успешно адаптировалась к переходу от соленой воды к пресной и до сих пор обитает в прибрежных озерах Норвегии. Ученые задались вопросом, как эта рыба смогла адаптироваться к столь радикальным изменениям в нескольких местах одновременно.

Ответы дали кости колюшки возрастом 12 000 лет.

Параллельная эволюция в действии

Колюшка трехиглая встречается в пресных, соленых и солоноватых водах. Поскольку многие озера были отрезаны от моря независимо друг от друга, адаптация колюшки к пресной воде происходила в разных местах параллельно, без скрещивания между популяциями. Это указывает на генетическую основу явления, известного как параллельная эволюция.

Окно в прошлое через древнюю ДНК

Международная группа исследователей, включая специалистов по геологии, древней ДНК и эволюционной генетике, получила доступ к костям двух колюшек из муниципалитета Хаммерфест. Используя современные методы, они секвенировали геномы этих 12 000-летних рыб.

«Хотя эти кости принадлежат рыбам, которые умерли более десяти тысяч лет назад... они содержат фрагменты ДНК, которые мы можем изучить. Гены дают нам представление о ранних стадиях перехода от соленой воды к пресной», — говорит доцент Эндрю Фут из NTNU.

Ключевые выводы исследования

1. Древние варианты генов. Исследование, опубликованное в Current Biology, доказало, что генетические варианты, позволяющие колюшке жить в пресной воде, уже существовали в морских популяциях тысячи лет назад. Это позволило рыбам колонизировать новые пресноводные озера.
2. Роль случайности. Однако даже полезные «пресноводные» генетические варианты не всегда закреплялись в современных популяциях. Они могли теряться в процессе эволюции случайным образом — из-за генетического дрейфа.
3. Методологический прорыв. «Поразительно, что мы смогли обнаружить варианты, адаптивные для пресной воды, у единственного морского колонизатора... Это окончательно демонстрирует, что эти генетические варианты присутствовали в популяциях колюшек тысячи лет назад», — отмечает ведущий автор работы, докторант Мелани Кирх.

Геологическая находка

Кости были обнаружены норвежскими геологами, изучавшими подъем суши. Рыбьи кости невероятно хорошо сохранились в слоях озерных отложений, которые запечатлели переход от морской среды к пресноводной. Радиоуглеродное датирование растительного материала из тех же слоев показало, что эти рыбы жили в солоноватой воде в период, когда озеро было почти отрезано от моря.

Анализ их древней ДНК показал смесь генетических вариантов, связанных с адаптацией как к морю, так и к пресной воде, зафиксировав момент эволюционного перехода. Это дает ученым уникальную возможность изучать генетические основы адаптации в реальном времени на протяжении тысячелетий.