Геном ледяной рыбы показал, как вид адаптировался к переходу из Антарктики в умеренные воды
Исследователи изучили генетические механизмы, позволившие одному виду ледяной рыбы (семейство крионототениевых) покинуть специализированную среду обитания — холодные воды Антарктики — и колонизировать более тёплые умеренные воды у побережья Южной Америки.
Специализация антарктических рыб
- Антарктические нототениевые (крионототениевые) эволюционировали для жизни в водах с температурой ниже точки замерзания.
- Они вырабатывают антифризные гликопротеины (AFGP), которые связываются с кристаллами льда и предотвращают замерзание клеток.
- Ледяные рыбы (ледяные рыбы) — уникальное семейство внутри этой группы, являющееся единственными позвоночными, приспособившимися жить без гемоглобина в крови. В холодных, богатых кислородом водах Антарктики они компенсируют это морфологическими изменениями, например, увеличенным сердцем.
Эволюционная загадка
Несмотря на эту экстремальную специализацию, один вид — щуковидная ледяная рыба (Champsocephalus esox) — мигрировал в более тёплые и менее насыщенные кислородом воды у Южной Америки. Это создало эволюционную загадку о механизмах адаптации.
Сравнение геномов
Чтобы понять генетические изменения, команда сравнила хромосомный геном C. esox с геномом его антарктического родственника C. gunnari.
Ключевые находки:
- Гены антифриза: В геноме C. esox сохранились множественные копии генов AFGP, но они наполнены мутациями (вставками стоп-кодонов), которые, вероятно, делают их нефункциональными. В тёплой воде давление отбора на эти гены ослабло.
- Хромосомные инверсии: В геноме щуковидной ледяной рыбы обнаружены хромосомные инверсии (переворот участка хромосомы). Они могут играть важную роль в адаптации к новой среде и создавать репродуктивные барьеры, ускоряя видообразование (виды разделились менее 2 млн лет назад).
- Консервативность и расхождения: В целом геномы видов высококонсервативны, но расхождения обнаружены в областях, связанных с физиологией, которая должна была измениться при переходе в тёплую воду.
Дальнейшие исследования и значение
- Учитывая разный световой режим (полярная ночь в Антарктике vs. нормальный цикл день-ночь в умеренных широтах), команда изучает, как адаптировались физиология и циркадные ритмы рыб.
- Планируется аналогичное исследование другой пары родственных видов (Trematomus borchgrevinki и Notothenia angustata), где второй вид также вторично перешёл в тёплые воды у Новой Зеландии.
- Исследование показывает, что специализация к экстремальному холоду не является эволюционным тупиком. Оно меняет классические представления об эволюционных путях: давление отбора может сначала толкать организм к крайней специализации, а при смене среды — в противоположном направлении.
Исследование "Genomics of secondarily temperate adaptation in the only non-Antarctic icefish" опубликовано в журнале Molecular Biology & Evolution.