Исследование необычной форели, устойчивой к сильно загрязнённой воде

Новое исследование Университета Эксетера и Королевского колледжа Лондона показало, как популяция ручьевой форели выживает в загрязнённых водах реки Хейл в Корнуолле, где концентрации металлов настолько высоки, что были бы смертельны для рыб из незагрязнённых мест. Команда полагает, что это связано с изменениями в экспрессии их генов. Исследование финансировалось NERC и Ассоциацией лосося и форели.

Исследователи сравнили форель, живущую в реке Хейл, с популяцией из относительно чистого участка реки Тейн. Результаты показали, что накопление металлов в почке и печени — где металлы хранятся и обезвреживаются — было выше у форели из Хейла в 19 и 34 раза соответственно. В жабрах средние концентрации были выше в 63 раза у рыб из Хейла, но не было различий в содержании металлов в кишечнике. Это накопление металлов у рыб из Хейла подчёркивает их необычайную толерантность к экстремальным концентрациям металлов в их среде.

Чтобы исследовать, как форель из Хейла способна переносить такие высокие уровни воздействия металлов, а также найти потенциальные признаки токсичности, в Центре секвенирования Эксетера было проведено продвинутое высокопроизводительное секвенирование для определения последовательности генов и измерения изменений в их экспрессии между двумя участками рек. Было обнаружено, что ген, кодирующий белок металлотионеин, ответственный за связывание, хранение и детоксикацию ряда металлов, высоко экспрессируется у форели из реки Хейл, что указывает на его важность в их способности переносить металлы в окружающей среде. Также были найдены свидетельства наличия других металл-связывающих и транспортирующих белков, особенно ответственных за обращение с железом.

Обычно металлы вызывают токсичность у рыб, приводя к окислительному повреждению и нарушая баланс ионов в организме. Команда обнаружила свидетельства того, что для противодействия этой токсичности у рыб из Хейла произошли изменения в генах, ответственных за поддержание баланса этих ионов в организме, и наблюдалось умеренное увеличение антиоксидантов.

Эта работа была проведена под руководством Т. Урен Уэбстер, доктора Р. ван Аэрле и доктора Э. Сантос из Университета Эксетера и доктора Н. Бьюри из Королевского колледжа Лондона и опубликована в журнале Environmental Science & Technology.

Тэмсин Урен Уэбстер: "Работа демонстрирует, что эта популяция ручьевой форели выработала стратегии для борьбы с загрязнением воды металлами и их накоплением в тканях, избегая летальных повреждений, которые такие концентрации металлов обычно вызывают".

Детальное понимание того, как популяция форели Хейла развила эту толерантность, может иметь потенциальные последствия для зарыбления рек и повышения продовольственной безопасности в загрязнённых регионах мира.

Доктор Эдуарда Сантос: "История ручьевой форели в реке Хейл — захватывающая, демонстрирующая её устойчивость и способность преодолевать трудности и переносить вызовы, навязанные ей в результате человеческой деятельности. Многие аспекты этой истории остаются нераскрытыми: мы не знаем, как или когда возникла эта толерантность, и, что наиболее важно, мы не знаем, что ждёт их в будущем, если они столкнутся с дополнительными стрессорами в своей среде. Но мы знаем, что такие популяции нуждаются в тщательном управлении; если форель Хейла с её уникальной физиологией будет утрачена, возможно, эта река больше никогда не станет домом для ручьевой форели. Поэтому понимание взаимоотношений рыб с окружающей средой является crucial requirement для эффективного управления и защиты наших водных экосистем".

Доктор Ник Бьюри: "Корнуолл имеет богатую историю горнодобывающей деятельности. Несмотря на прекращение большей части этой деятельности в XIX и XX веках, ряд рек и эстуариев по-прежнему имеют повышенное содержание металлов. Ручьевая форель чрезвычайно чувствительна к металлам при тестировании в лаборатории. Однако биология удивительна и адаптивна, и поразительно, что форель способна выживать и процветать в реке Хейл. Возможно, эта популяция уникальна и является важным компонентом генетического разнообразия ручьевой форели".