Мелкие популяции рыб накапливают вредные мутации, сокращающие продолжительность жизни

Популяционные бутылочные горлышки способствуют накоплению вредных мутаций, вызывающих возрастные заболевания у киллифиш — это открытие может помочь ответить на ключевой вопрос о старении.

Исследование, опубликованное в eLife, объясняет, почему у киллифиш накапливаются вредные мутации, приводящие к возрастным состояниям, таким как рак или нейродегенеративные заболевания, которые сокращают продолжительность жизни. Это может помочь учёным лучше понять, как продолжительность жизни эволюционирует среди популяций, и привести к новым выводам о старении человека.

Очень короткая жизнь нотобранхиуса Фурцера (turquoise killifish) — от трёх до девяти месяцев — делает их идеальной моделью для изучения старения. Эти рыбы живут во временных водоёмах в Африке, которые пересыхают часть года, поэтому они должны вылупиться, созреть и размножиться до этого момента. Их икринки переживают засушливые периоды в состоянии, подобном спячке, и вылупляются, когда дожди снова наполняют водоём, начиная новое поколение.

Для своего исследования авторы провели полевые работы в саванных водоёмах Зимбабве, чтобы отловить рыб, собрать образцы геномов для секвенирования и анализа в лаборатории. Затем команда сравнила геномы киллифиш из самых засушливых сред обитания (с самой короткой жизнью) с геномами рыб из более влажных сред (живущих на несколько месяцев дольше).

Ключевые выводы:

• Короткоживущие киллифиш имеют очень маленькие, часто изолированные популяции. Это приводит к так называемым популяционным бутылочным горлышкам, которые, как выяснила команда, приводят к накоплению вредных мутаций.
• У долгоживущих киллифиш популяции больше, и в них часто появляются новые особи с новым генетическим материалом. Со временем в этих крупных популяциях естественный отбор эффективнее удаляет вредные мутации.

«Ограниченный размер популяции, вызванный фрагментацией среды обитания и повторяющимися популяционными бутылочными горлышками, увеличивает шанс накопления вредных мутаций в популяции», — говорит ведущий автор Дэвид Виллемсен. Их работа предполагает, что именно динамика популяций, а не эволюционный отбор за или против конкретных генов, способствует этому накоплению вредных мутаций, вызывающих старение и сокращение жизни.

Результаты поддерживают модель, согласно которой из-за коротких сезонов дождей киллифиш находятся под сильным давлением отбора, чтобы выжить в отсутствие воды в виде покоящихся эмбрионов и быстро достичь половой зрелости для размножения до полного испарения воды. Однако команда полагает, что киллифиш не отбираются для короткой жизни. Вместо этого вредные мутации, влияющие на выживание и размножение в позднем возрасте (вместе вызывающие старение), накапливаются в поколениях, не будучи ограниченными отбором.

«Вредные мутации пассивно накапливаются в популяциях киллифиш, и это ещё более выражено в мелких популяциях, которые, как оказалось, живут в более засушливых условиях», — говорит старший автор Дарио Риккардо Валенцано. Их результаты подчёркивают роль демографических ограничений в формировании продолжительности жизни внутри вида, и это может быть расширено для получения новых данных о старении в других популяциях животных и человека.