Существующая генетическая изменчивость в природных популяциях средиземноморских мидий позволяет им адаптироваться к снижению уровня pH в морской воде, вызванному выбросами углерода. Новое исследование, проведенное биологами из Чикагского университета, показывает, что у мидий, выращенных в экспериментальной среде с низким уровнем pH, раковины меньше, чем у мидий, выращенных при нормальном уровне pH, но общая выживаемость мидий, выращенных в обоих условиях, была одинаковой.
Популяция, выжившая в среде с низким pH, генетически отличалась от других, что позволяет предположить, что генетические варианты, которые уже существуют в подмножестве естественной популяции мидий, позволили им адаптироваться к более суровой новой среде. Это может быть хорошей новостью как для защитников природы, так и для любителей морепродуктов, поскольку кулинарный деликатес находит способы приспособиться к изменяющимся условиям моря.
«Надеюсь, что уже есть несколько особей этого вида, у которых уже есть некоторый генетический состав, позволяющий им противостоять изменениям в окружающей среде», - сказал Марк Биттер, аспирант Калифорнийского университета в Чикаго, который руководил исследованием. опубликовано 20 декабря 2019 г. в Nature Communications. «Это эффективно позволяет эволюции работать намного быстрее, если вы не ждете появления какой-то новой мутации».
По мере того как люди продолжают сжигать все больше и больше ископаемого топлива, океаны поглощают примерно треть дополнительного углерода, выбрасываемого в атмосферу. Это, в свою очередь, приводит к снижению уровня pH морской воды, делая ее более кислой. Мидии, устрицы и некоторые виды водорослей с трудом производят свои твердые раковины из карбоната кальция в этой среде. В исследовании 2016 года Кэти Пфистер, доктор философии, старший автор нового исследования и содиректор Центра микробиома в Калифорнийском университете в Чикаго, показала, что современные раковины мидий, собранные на северо-западе Тихого океана, в среднем на 32 процента тоньше, чем раковины 1970-х годов.
Биттер и его товарищи по команде работали в Лаборатории океанографии в Вильфранш-сюр-Мер, на средиземноморском побережье Франции. Проект спонсировался программой «Сотрудничество в науке Франции и Чикаго» (FACCTS), разработанной для поощрения сотрудничества между учеными и исследовательскими группами Университета Чикаго в высших учебных заведениях Франции.
В ходе трех исследовательских поездок во Францию в 2016 и 2017 годах исследователи собрали образцы Mytilus galloprovincialis, средиземноморской мидии, одного из нескольких видов мидий, которые являются ценным источником пищи во всем мире. Они тщательно вывели десятки комбинаций из 12 самок и 16 самцов, чтобы обеспечить генетически разнообразную популяцию личинок - всего 192 различных комбинации.
С этой исходной популяцией они разделили личинок на две группы: одна для развития в воде с нормальным уровнем pH окружающей среды 8,1, а другая - в морской воде с pH 7,4. Это значение на самом деле ниже того, что эти мидии в настоящее время испытывают в дикой природе. Глобальный средний pH океанов составляет около 8,0; Средиземноморские мидии могут иметь значения до 7,7 в некоторых местах. Более низкое значение рН 7,4, используемое в эксперименте, ниже прогнозируемого глобального среднего снижения рН морской воды в течение следующих 100 лет, но морские виды, населяющие прибрежные места обитания, могут столкнуться с ними до конца века.
Личинки мидий, в общей сложности более 1 миллиона особей, содержались в нескольких ведрах, а морская вода, обработанная углекислым газом, закачивалась из напорных резервуаров для тщательного регулирования уровня pH в личиночных культурах. Ведра были оснащены моторизованными лопастями для естественной циркуляции воды. По мере того, как личинки росли и у них развивались раковины, они в конечном итоге прикреплялись к вертикальным стенкам ведер.
В течение примерно шести недель Биттер и его товарищи по команде брали образцы каждые несколько дней, чтобы измерить размер панциря и проанализировать генетический состав выживших личинок. В целом, мидии в условиях pH окружающей среды отращивали свои раковины быстрее, чем у мидий в воде с более низким pH, хотя через две недели популяция с низким pH в основном догнала их. Биттер подозревает, что это может быть связано с тем, что особи, наиболее уязвимые к условиям низкого pH, умерли до этого момента, а выжившие смогли продолжить нормальный рост.
Когда исследователи проанализировали генетическую изменчивость в двух испытуемых группах, они увидели явные признаки отбора в условиях низкого pH, а это означает, что среди мидий, способных противостоять этой среде, появился уникальный генетический фон. После шестого дня они отделили самых быстрых растущих ракушек от самых медленных в каждой среде pH. Размер раковины является показателем приспособленности: мидии с самыми большими раковинами, вероятно, были самыми сильными конкурентами. Но если одна мидия отращивает свою раковину быстрее всего в нынешних условиях океана, означает ли это, что она также будет преуспевать в более экстремальном сценарии с низким pH?
«Ответ - нет», - сказал Горький. «Кажется, существует очень уникальный вид генетической структуры людей, которые в конечном итоге лучше всего растут в среде с низким pH по сравнению с окружающими условиями».
В конце эксперимента не было никакой разницы в общей выживаемости мидий, выращенных в любой среде. Это может показаться редкой хорошей новостью в контексте быстро прогрессирующего изменения климата: вид, который уже обладает способностью адаптироваться к более суровым условиям. Но Биттер отмечает, что pH - это всего лишь одна переменная, которая, как ожидается, изменится в ближайшем будущем.
"Некоторые из этих людей действительно хорошо справляются с таким огромным снижением pH. Но что, если вы также уменьшите соленость или существенно измените температуру?" он сказал. «То, что вы можете пробежать марафон, не означает, что вы можете развернуться и плыть сразу после этого. Это мультистрессовый сценарий».
Он говорит, что это исследование показывает, почему важно сосредоточить усилия по сохранению и аквакультуре на поддержании широкого генетического разнообразия среди популяций мидий, поскольку способность адаптироваться к условиям ближайшего будущего, по-видимому, уже существует в генофонде.
«Мы уже наблюдали значительное уменьшение размера раковины одного вида мидий в природе, но похоже, что у этого вида есть способность адаптироваться, - сказал он, - что является хорошей новостью среди множества других». мрачности."