Почему животные, живущие в пещерах, слепнут?
Этот вопрос давно интригует ученых и является предметом жарких споров.
Очевидно, что в животном мире слепота неоднократно развивалась. В природе встречаются тысячи подземных и обитающих в пещерах видов, от голых землекопов до летучих мышей. Многие из этих видов потеряли зрение.
Чарльз Дарвин первоначально предположил, что глаза могут быть потеряны из-за «неиспользования» с течением времени. Теперь Рид Картрайт, биолог-эволюционист из Школы наук о жизни АГУ и исследователь из Института биодизайна, хочет добраться до сути вопроса - и в недавней публикации в журнале BMC Evolutionary Biology, возможно, доказывает, что Дарвин ошибался.
«Мы думаем, что слепота у пещерных рыб действительно дарвиновская, но в конечном итоге это опровергает первоначальную гипотезу Дарвина о «неиспользовании», - сказал Картрайт. В новом исследовании Картрайт объясняет, что глаза не теряются из-за неиспользования, а скорее демонстрируют фундаментальную теорию естественного отбора Дарвина в действии - слепота выбрана как благоприятная и наиболее приспособленная - для жизни в пещере.
Go Fish
Для своей работы его исследовательская группа решила смоделировать хорошо изученную слепую пещерную рыбу, мексиканскую тетра (Astyanax mexicanus), маленькую, послушную рыбу розового оттенка длиной всего несколько сантиметров, которая могла бы легко найти себе дом. в аквариуме.
Он обитал в пещерах в течение 2-3 миллионов лет, что дало ему 5 миллионов поколений для развития слепоты. Группа Картрайта выбрала эту мексиканскую тетра, потому что существует также форма, обитающая на поверхности, которая сохранила свое зрение. И для ученых эта встроенная сравнительная мощность делает его хорошим выбором для дальнейших исследований. У них есть две популяции для изучения, которые могут скрещиваться и являются полярными противоположностями по физическим признакам.
Итак, группа Картрайта решила использовать вычислительную мощность, чтобы исследовать, как взаимодействуют многочисленные эволюционные механизмы, формируя рыб, живущих в пещерах.
«Проблема, с которой мы сталкиваемся в этих пещерах, заключается в том, что они связаны с поверхностью, и рыбы, которые могут видеть, иммигрируют в пещеру и приносят с собой гены зрения», - сказал Картрайт. «В таких условиях мы обычно не ожидаем найти такую разницу в чертах между наземными и пещерными популяциями. Если только отбор не был очень, очень сильным».
Насколько сильно? В их модели отбор на слепоту должен быть примерно в 48 раз сильнее, чем уровень иммиграции мексиканских тетр, чтобы слепота развилась в пещерах. Группа Картрайта подсчитала, что мера приспособленности к слепоте, называемая коэффициентом отбора, у тетр составляет от 0,5 до 50 процентов.
Эти коэффициенты достаточно высоки, чтобы в лабораторных экспериментах была обнаружена разница между поверхностной и пещерной формами рыбы; однако никому не нужно встречаться.
Ослепленный светом
Команда Картрайта обратилась к гипотезе, восходящей к письму Э. Рэя Ланкестера к редактору журнала Nature в 1925 году, в котором, по сути, говорилось, что причина слепоты в пещерах заключается в том, что рыба, просто уйти.
Если зрячие рыбы плывут к свету, в пещере остаются только слепые рыбы. Они больше не пытаются добраться до света, потому что не видят его. Что на самом деле является формой отбора и, таким образом, дарвиновской эволюции в действии», - сказал Картрайт.
По словам Картрайта, объяснить разницу в приспособленности между зрячими и слепыми рыбами, составляющую всего 10 процентов, может быть сложно: «Отсутствие глаз может не дать вам на 10 процентов больше потомства. Однако, если 10 процентов ваших рыб-поводырей покидают пещеру, скорость миграции достаточно низкая, и этого может быть достаточно."
Если со временем будет систематически удаляться достаточное количество рыб-поводырей, они также будут удалены из генофонда, и этого может быть достаточно, чтобы запустить эволюционный процесс.
Возможно, именно такое предпочтение среды обитания поддерживает местную популяцию слепых рыб, а зрячие рыбы предпочитают покидать пещеру. «Мы обнаружили, что даже низкий уровень льготной эмиграции, например, два процента, значительно ускорит местную адаптацию и развитие слепоты в пещерах».
Команда Картрайта надеется, что полевые биологи начнут учитывать гипотезу Ланкестера 90-летней давности при изучении пещерных рыб. «Было бы здорово, если бы кто-нибудь смог провести исследование, чтобы проверить гипотезу Ланкестера и определить, является ли она причиной эволюции слепоты в пещерах. Это действительно помогло бы ответить на один из вопросов, которые интересовали биологов более века."