Необычная голова рыбы и генетическая загадка нарушения симметрии

Почти все животные имеют симметричные тела. Двусторонняя симметрия почти универсальна и нарушается крайне редко. Одним из примеров является цихлида Perissodus microlepis из озера Танганьика в Африке. Её голова и рот смещены вбок в одну сторону — либо влево, либо вправо, в зависимости от особи.

Рыба использует свою «кривую» голову для охоты. Она питается почти исключительно чешуёй других рыб, срывая её, атакуя сбоку. Предпочитаемое направление атаки соответствует асимметрии головы: «левоголовые» особи чаще атакуют с левой стороны жертвы, «правоголовые» — с правой.

В популяции численное соотношение «левшей» и «правшей» колеблется, но в долгосрочной перспективе остаётся стабильным — 50:50. Это пример частотно-зависимого отбора, где более распространённая форма оказывается в невыгодном положении, что и поддерживает баланс.

Генетическая основа асимметрии

Исследовательская группа эволюционного биолога Акселя Мейера провела масштабный анализ, чтобы выяснить генетическую основу этой необычной формы. Они изучили 102 особи, провели обширные генетические анализы и выполнили около 1000 микро-КТ-анализов на рыбу для 3D-морфологии.

Было идентифицировано 72 региона в геноме, связанных с развитием асимметричной формы головы. Ранее считалось, что полиморфизм основан на простом менделевском признаке. Однако, как объясняет Аксель Мейер, ситуация сложнее: «Не один единственный ген ответственен за асимметрию, а множество генов, распределённых по всему геному этого вида».

Взаимосвязь формы и поведения

На вопрос, что возникло раньше — смещённая форма головы или одностороннее предпочтение в охоте, — первый автор Сяомэн Тянь даёт ответ: «Они, вероятно, эволюционировали вместе и усиливали друг друга».

Предпочитаемое направление атаки — результат как генетических причин, так и поведенческого опыта. Дальнейшие исследования мозга рыб в лаборатории Констанца показали, что предпочтение в охоте отчасти является результатом асимметричной активации генов (экспрессии генов) в левой или правой стороне мозга.

«Наши результаты показывают, что как морфологическая, так и поведенческая асимметрия имеют измеримый генетический компонент и общую — или связанную — генетическую основу», — подтверждает Аксель Мейер.

Выводы исследования

Сяомэн Тянь резюмирует:

1. Асимметрия формы головы вызвана не одним геном, а 72 регионами в геноме, каждый из которых вносит измеримый эффект.
2. Одностороннее предпочтение в охоте влияет на асимметричную морфологию головы через развивающуюся пластичность, но гены, в свою очередь, также влияют на поведение рыб.
3. Существует взаимодействие между асимметрией формы головы и поведением, и оба этих признака имеют сильные генетические компоненты.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.