Учёные выяснили, как рыбы смогли колонизировать ядовитые источники
Водородный сульфид (H2S) — мощный ингибитор аэробного дыхания. Тем не менее, популяции рыб короткоплавниковой моллинезии смогли колонизировать источники с высокой концентрацией растворённого H2S. В новом исследовании учёные из LOEWE Центра исследований биоразнообразия и климата (BiK-F) и Университета Гёте во Франкфурте-на-Майне представили доказательства генетических изменений, минимизирующих вредное воздействие H2S, которые позволяют рыбам выживать в этой губительной среде. Исследование впервые даёт представление о молекулярных механизмах этой ключевой адаптации. Оно опубликовано онлайн в журнале Nature Communications.
Короткоплавниковые моллинезии (Poecilia mexicana), родственники известных гуппи, колонизировали богатые сульфидом вулканические источники на юге Мексики. H2S даже в низких концентрациях блокирует комплекс цитохром с-оксидазы (COX). Поскольку он необходим для дыхания, это в итоге оказывается смертельным.
Генетические изменения снижают восприимчивость к яду
Анализ показал, что активность COX у особей, колонизировавших богатые H2S воды, остаётся практически неизменной при высоких концентрациях H2S. Это связано с рядом изменений в генах cox1 и cox3, которые произошли только в популяциях, живущих в ядовитых источниках. Переселение особей из несульфидной среды в источники с высоким уровнем H2S убивает их.
Молекулярные механизмы адаптации к экстремальной среде
«В этой работе мы анализируем ключевую адаптацию к экстремальной среде вплоть до её молекулярной основы на уровне аминокислот. Таким образом, мы впервые можем указать, где именно произошла адаптация», — заключает профессор Маркус Пфеннингер. Команда также смоделировала трёхмерные структуры белков, чтобы пролить свет на необходимые значительные структурные изменения аминокислот в гене cox1. Без этих структурных изменений колонизация воды, содержащей H2S, была бы для рыб невозможна.
Близкородственные рыбы следуют разным путям адаптации
Исследование также показывает, что близкородственные популяции одного вида следуют как параллельным, так и различным путям в ответ на сходные условия окружающей среды. Для исследования были взяты образцы трёх популяций короткоплавниковой моллинезии. Две популяции демонстрируют одинаковые изменения в своём генетическом материале при адаптации к враждебным условиям. Однако для третьей популяции это оказалось не так. Хотя эти рыбы также переносят высокие уровни H2S, механизм, обеспечивающий их адаптацию, всё ещё является предметом продолжающихся исследований.