Как рыбы смогли колонизировать ядовитые реки: повесть о выживании

Сероводород (H2S) является мощным ингибитором аэробного дыхания. Однако популяциям малоплавниковой моллинезии удалось заселить реки с высокой концентрацией растворенного сероводорода. В новом исследовании ученые из исследовательского центра биоразнообразия и климата (BiK-F) и Университета Гете во Франкфурте-на-Майне представили доказательства генетических изменений, минимизирующих вредное воздействие H2S, которые позволяют рыбам выжить в такой вредной среде. Исследование впервые дает представление о молекулярных механизмах этой ключевой адаптации. Оно опубликовано в «Nature Communications», сообщает sciencedaily.com.

Малоплавниковая моллинезия (Poecilia Mexicana) – это рыбка размером всего в несколько сантиметров, но исключительная. Популяции Poecilia Mexicana, чьими родственниками являются знаменитые гуппи, колонизировали богатые сероводородом вулканические источники в Южной Мексике. Чтобы сделать это конкретное место обитания своим домом, они сделали невозможное возможным, поскольку сероводород (H2S), как и для многих других животных, является для них смертельным. Даже при низких концентрациях этот газ блокирует цитохромоксидазный комплекс (ЦОГ). Чем выше уровень сероводорода, тем больше тормозится активность ЦОГ. Поскольку он крайне важен для дыхания, это в конце концов оказывается смертельным.

Изменения в генетическом составе делают менее восприимчивыми к отраве

Команда во главе с профессором Маркусом Пфеннингером (BiK-F), и доктором Мартином Платом (Университет Гете) рассмотрела выживших поближе. Их анализ показал, что активность ЦОГ особей малоплавниковой моллинезии, которая колонизировала богатые H2S воды, остается практически неизменной при высоких концентрациях сероводорода. Это связано с рядом изменений в генах cox1 и cox3, которые имели место только в популяциях, проживающих в ядовитых источниках. Таким образом, пересадка особей из не-сульфидных сред обитания в реки с высокими уровнями H2S убивает их наверняка.

Молекулярные механизмы адаптации к экстремальным местообитаниям

«В данной работе мы анализируем ключевой механизм адаптации к экстремальной среде обитания вплоть до молекулярной основы на уровне аминокислот. Таким образом, впервые мы можем указать на то, где именно произошла адаптация», заключает Пфеннингер. Команда также моделировала трехмерные структуры белков для того, чтобы пролить свет на необходимые значительные структурные изменения аминокислот в гене cox1. Без этих структурных изменений колонизация содержащих H2S вод для рыбы была бы невозможна. Заселяя ядовитые реки, где едва ли имеются любые другие конкуренты, рыба может питаться устойчивыми личинками мошек, которые также встречаются там.

Близкородственные рыбы следуют к адаптации разными путями

Исследование также показывает, что близкие популяции одного вида следуют как параллельными, так и расходящимися путями в ответ на аналогичные условия окружающей среды. Для исследования были отобраны три популяции малоплавниковой моллинезии. Две из популяций показывают те же изменения в их генетическом материале в адаптации к враждебных условиям. Однако это оказалось не так с третьей популяцией. В то время как эти рыбы также выносили высокие уровни сероводорода, механизм создания условий для их адаптации все еще является предметом текущих исследований.

Афоризмы

Там хорошо, где нас ещё нет, но плохо там, где мы уже были.