Далеко родственные рыбы находят одинаковое эволюционное решение для жизни в темной воде

Изменения в одном гене цветового зрения демонстрируют конвергентные эволюционные адаптации у широко разделенных видов и на совершенно разных временных масштабах. К такому выводу пришло исследование, опубликованное 11 апреля в журнале PLOS Biology.

Адаптация к разным водам

За последние 12 000 лет или более виды колюшки трехиглой заселили сотни пресноводных озер в архипелаге Хайда-Гвайи. Озера можно разделить на «прозрачные», где свет проходит относительно свободно, и «черноводные», где большая часть видимого света поглощается растворенными танинами, создавая почти ночную среду с тусклым, смещенным в красную область светом.

Ключевой ген SWS2

Колбочки сетчатки колюшки, ответственные за цветовое зрение, содержат опсин SWS2, чувствительный к синему свету. Изменения аминокислот в SWS2 могут «настраивать» его чувствительность к синему или красному концу спектра.

Ученые сравнили генетические последовательности SWS2 у морских, прозрачноводных и черноводных колюшек, включая группу черноводных рыб, пересаженных 19 лет назад в пустое прозрачное озеро для самостоятельной эволюции.

Результаты исследования

• У черноводных колюшек обнаружена картина генетических изменений, указывающая на очень сильный отбор в пользу «красной» настройки опсина для максимальной чувствительности в темной воде. У прозрачноводных рыб такой картины не было.
• У черноводных рыб, пересаженных в прозрачное озеро, уже через 13 поколений у многих особей появились альтернативные версии SWS2, более чувствительные к синему свету новой среды обитания. Это демонстрирует быстрое действие естественного отбора.

Конвергенция на разных временных масштабах

Далее авторы сравнили свои результаты с ранее опубликованными данными по опсинам двух родственных видов рыб (фундулюса и черного леща), отделенных от колюшек миллионами лет, которые также адаптировались к черноводным и прозрачноводным местообитаниям.

У этих рыб есть две копии гена SWS2 — SWS2A и SWS2B, возникшие в результате дупликации 198 млн лет назад. Примечательно, что два из тех же генетических изменений, что обнаружены у колюшки, также отличают SWS2A (смещенный к красному) и SWS2B (смещенный к синему) у этих видов.

Поскольку одинаковые генетические изменения возникли независимо у их общего предка и у колюшек, это демонстрирует конвергентную эволюцию, но на совершенно разных временных масштабах.

Вывод

«Эти данные подтверждают формирующийся в эволюционной биологии взгляд, что механизмы, лежащие в основе адаптивной эволюции, часто высоко повторяемы и, следовательно, могут быть предсказуемыми, — сказал ведущий автор Дэвид Маркес. — Они показывают, что эволюционное "импровизирование" с ограниченным набором инструментов может привести к конвергентным "решениям" общих проблем как внутри вида, так и между широко разделенными группами».