Эта история начинается в лесу ламинарии и заканчивается очень важным сообщением об изменении климата: не все потеряно - по крайней мере, не для пурпурных морских ежей.
Новое исследование, проведенное морскими биологами Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, показывает, что для самок этого вида (Strongylocentrotus purpuratus) воздействие стрессовых климатических условий, таких как низкий уровень pH, часто приводит к более выносливому и крупному потомству. Выводы группы опубликованы в журнале Molecular Ecology.
«Мы знали, что эти вещи происходят с рыбами и другими видами, но мы никогда не изучали это в контексте изменения климата в морской экологии лесов водорослей», - сказала соавтор Гретхен Хофманн. заведующий кафедрой экологии, эволюции и морской биологии UCSB.«Этот проект искал доказательства быстрой адаптации организмов в ответ на изменение океана - и мы их нашли».
Вдохновленные динамическими сдвигами pH из-за апвеллинга - движения богатой питательными веществами воды к поверхности океана - исследователи взяли морских ежей из канала Санта-Барбара и доставили их в лабораторию. Животных держали около четырех месяцев, пока самки откладывали созревшие яйца - процесс, называемый гаметогенезом. Когда они отнерестились и были оплодотворены, исследователи проверили эмбрионы.
Две группы ежей содержались при разных уровнях pH: одна с низким pH, сродни условиям закисления океана, а другая имитировала нормальные условия pH без апвеллинга. Затем исследователи сравнили потомство двух групп.
«Это было более драматично, чем мы ожидали», - сказал Хофманн. «Это похоже на то, что самка могла почувствовать, что ее потомство вот-вот будет выпущено в некоторые сложные условия для раннего развития. В ответ она подготовила своих отпрысков и дала им инструменты для преодоления стрессовых ситуаций. Как будто она упаковала их в рюкзак с инструментами, включая дополнительные липиды».
Используя технологию секвенирования нового поколения, ученые изучили транскриптом - каждый ген, активированный в эмбрионе, - чтобы создать моментальный снимок физиологической реакции маленьких ежей.
«Эти две группы радикально отличались друг от друга, - говорит ведущий автор исследования Джульетта Вонг, аспирант лаборатории Хофмана. «У личинок ежей от самок, подвергшихся воздействию условий с низким pH, было включено больше генов, и они были лучше подготовлены к стрессу. Мы были очень удивлены, увидев это».
Одним из механизмов, вызывающих изменения в экспрессии генов, являются эпигенетические изменения, когда самка способна изменить геном своего потомства, чтобы заставить определенные гены выражаться по-другому.
«Эта работа показывает, что быстрая адаптационная реакция, вероятно, возможна у многих организмов», - пояснил Хофманн.«Мы просто раньше не рассматривали эти трансгенерационные или материнские эффекты в контексте изменения климата. Поскольку самки пурпурных морских ежей могут подготовить свое потомство к будущему стрессу, у морских ежей есть инструменты, чтобы реагировать на такие изменения, как подкисление океана».
Исследователи во всем мире изучают, как эти типы механизмов могут работать в других морских организмах, таких как тропические кораллы, которым угрожает потепление океана. Для команды Хофманна следующим шагом будет более тщательное изучение перехода от генома к фенотипу и попытка воспроизвести эти новые открытия в океане.
Сотрудники лаборатории уже начинают полевые эксперименты, чтобы проверить, работает ли эта эпигенетика в местных лесах водорослей, в рамках исследования в рамках долгосрочного проекта экологических исследований побережья Санта-Барбары.
«На данный момент, - сказал Хофманн, - мы знаем, что самки мальчишек способны подготовить свое потомство к более суровым условиям - в большей степени, чем мы когда-либо думали, - так что наши результаты несколько обнадеживают».
«В этом важном исследовании проверяются механизмы, определяющие реакцию организмов на закисление океана в естественных условиях», - сказал Дэвид Гаррисон, программный директор Отделения наук об океане Национального научного фонда, который финансировал исследование.