Виды ускоряют адаптацию, чтобы справиться с потеплением океанов
Некоторые виды рыб адаптируются к изменениям окружающей среды без значительной генетической эволюции, как показало исследование Университета Восточной Англии и Университета Далхаузи (Канада).
Это означает, что виды, которым угрожает изменение климата, могут найти способы адаптироваться гораздо быстрее, чем через изменения в ДНК, которые происходят в ходе эволюции.
Исследование зимнего ската
Учёные изучили зимнего ската (Leucoraja ocellata) в водах, возраст которых около 7000 лет и которые значительно теплее, чем в остальной части ареала вида. Были обнаружены физические и функциональные адаптации, позволяющие виду справляться с существенно иными условиями этой мелководной тёплой среды обитания.
По словам доктора Джека Лайтена, такая адаптация обусловлена эпигенетическими изменениями — модификацией экспрессии генов, когда инструкции в ДНК преобразуются в функциональный продукт, например, белок.
Значение быстрой адаптации
Эти адаптации особенно важны для видов с длительным периодом созревания и низким репродуктивным потенциалом, поскольку такие характеристики обычно приводят к медленной эволюции. Быстрые изменения в экспрессии генов, независимо от изменений в последовательности ДНК, могут позволить быстро модифицировать биологические характеристики организма и обеспечить форму быстрой адаптации.
"Адаптации эволюционного потенциала через экспрессию генов могут позволить видам с длительным созреванием и низкой репродуктивной способностью выживать и адаптироваться к разным средам — это может быть жизненно важно для будущего выживания акул, скатов и ромбовых скатов в свете будущих изменений климата".
Устойчивость скатов
Скаты были выбраны для исследования, потому что, несмотря на уязвимость к изменениям окружающей среды из-за низкой репродуктивности и долгого созревания, они существуют более 150 миллионов лет и пережили два массовых вымирания. Это говорит об их устойчивости и эволюционной стратегии.
Исследовались две популяции зимнего ската в Атлантической Канаде: эндемичная и находящаяся под угрозой исчезновения популяция в южной части залива Святого Лаврентия и большая популяция на шельфе Скотия.
- Среда обитания: Южная часть залива Святого Лаврентия — более мелководный район, где летние температуры воды на 10°C выше, чем на шельфе Скотия. Этот тёплый ареал оценивается всего в 7000 лет.
- Адаптации: Скаты из южной части залива Святого Лаврентия значительно уменьшили размер тела — на 45% — по сравнению с другой популяцией, имеют значительно меньшую продолжительность жизни и более быстрое время созревания.
- Генетические изменения: Исследование генов показало тысячи изменений в экспрессии генов у этой миниатюрной популяции. Сравнение с другой популяцией выявило более 3600 изменений в экспрессии генов.
"Зимний скат смог адаптироваться к кардинально другой среде за короткое эволюционное время с незначительными генетическими изменениями. Эти адаптивные изменения в истории жизни, физиологии и фенотипе произошли благодаря эпигенетической регуляции, вызывающей изменения в экспрессии генов".
Значение исследования
Южная часть залива Святого Лаврентия может служить естественной моделью для изучения влияния более тёплых океанов на морское биоразнообразие. Миниатюризация наблюдается и у других видов в этом заливе, и все данные указывают на то, что причиной также могут быть более высокие температуры воды.
Исследование предполагает, что долгосрочный эволюционный успех акул, скатов и ромбовых скатов может быть связан с их способностью быстро реагировать на изменения окружающей среды через регуляцию экспрессии генов.
"Мы надеемся, что наши выводы откроют путь для более детальных исследований роли эпигенетики в способности уязвимых и экологически важных рыб сохраняться в этот период быстрого глобального потепления".
Исследование 'Adaptive phenotypic response to climate enabled by epigenetics in a K-strategy species, the fish Leucoraja ocellata (Rajidae)' опубликовано в журнале Royal Society Open Science.