Быстрая эволюция обеспечивает транскрипционную пластичность рыб для адаптации к закислению океана

Международная исследовательская группа под руководством доктора Селии Шунтер из Университета Гонконга выяснила, что некоторые виды рыб эволюционируют быстрее, что обеспечивает их развитым молекулярным инструментарием для адаптации к будущему закислению океана (Ocean Acidification, OA). Исследование опубликовано в Global Change Biology.

Прогнозируется, что глобальный pH поверхности океана снизится из-за поглощения антропогенного атмосферного CO2. Лабораторные эксперименты показывают, что прогнозируемые условия OA влияют на физиологические функции, рост, выживаемость и важное поведение многих морских рыб.

Естественные лаборатории с повышенным pCO2

Вулканические просачивания CO2 служат естественными лабораториями, где вода подкисляется до уровней, соответствующих или превышающих прогнозы на конец века. Учёные отобрали шесть взрослых особей коралловых рифовых рыб (включая виды рыб-дев и апогона) у рифа в зоне просачивания CO2 Упа-Упасина в Папуа — Новой Гвинее (pH 7.77, pCO2 846 µатм) и на соседнем рифе с фоновым уровнем pCO2 (pH 8.01, pCO2 443 µатм). Затем был проведён анализ клеточного ответа их мозга на повышенный CO2.

Общие реакции на OA у разных видов

Повышенное pCO2 вызвало общие молекулярные реакции, связанные с циркадными ритмами и иммунной системой, у нескольких видов. Это указывает на важность данных процессов.

  • Циркадные ритмы (24-часовые биологические часы) влияют на сон, метаболизм и поведение. Их регулирование в условиях повышенного CO2, по-видимому, управляет изменениями экспрессии других генов в мозге.
  • Иммунная регуляция также важна для реакции на повышенное pCO2. Интересно, что у ночных видов гены иммунитета активировались, а у других — подавлялись.

Вид рыб с развитым молекулярным инструментарием для будущего OA

Колючая рыба-дев (A. polyacanthus) может регулировать внутриклеточный pH, изменяя экспрессию генов в ответ на повышенное pCO2 в зоне просачивания.

  1. Изменение транспорта ионов: Гены-переносчики ионов (кальция, натрия, калия, хлорида), критически важные для нейронной сигнализации, изменили свою экспрессию у A. polyacanthus в зоне просачивания.
  2. Обратимость изменений: Во время 24-часового шторма, временно повысившего pH в зоне просачивания, у отловленных особей A. polyacanthus все клеточные изменения быстро вернулись к уровням, характерным для контрольного рифа. Это указывает на способность вида быстро переключать экспрессию генов в ответ на изменение pH.
  3. Роль быстрой эволюции: Вид A. polyacanthus эволюционировал быстрее других изученных видов за последние 15 миллионов лет. Гены, важные для ответа на повышенное pCO2 (внутриклеточная регуляция pH, циркадный ритм, транспорт ионов), также показали повышенную скорость эволюции. Это может приводить к повышенной транскрипционной пластичности — способности изменять экспрессию генов в соответствии с изменением среды, что даёт виду эволюционный молекулярный инструментарий для адаптации к OA.

«Виды, которые эволюционируют быстрее, могут гибко справляться с закислением океана... Однако для некоторых других видов, эволюционирующих медленнее, закисление океана станет проблемой, как только уровень pH превысит их способность поддерживать кислотно-щелочной баланс», — отметила доктор Селия Шунтер.

Исследование показывает, что некоторые виды диких рыб могут обладать молекулярными инструментами для адаптации к прогнозируемому повышению pCO2. Следующая цель — проверить эти выводы в других экосистемах. Для медленно эволюционирующих видов OA остаётся угрозой, поэтому замедление снижения глобального pH — ключ к сохранению биоразнообразия рыб.