Рыбы-фугу известны своими странными и экстремальными украшениями на коже, но как они стали обладать шипастыми структурами кожи, известными как шипы, в значительной степени остается загадкой. Теперь исследователи определили гены, ответственные за эволюцию и развитие шипов иглобрюха, в исследовании, опубликованном 25 июля в журнале iScience. Оказывается, этот процесс очень похож на то, как другие позвоночные получают волосы или перья, и, возможно, позволил иглобрюху заполнить уникальные экологические ниши.
"Иглобрюх - одна из самых странных рыб в океане, особенно потому, что у нее редуцированный скелет, клювовидные зубы и вместо чешуи они образуют шипы - не везде, а только на определенных участках вокруг тела", говорит автор-корреспондент Гарет Фрейзер, доцент Университета Флориды.
Фрейзер и его команда наблюдали за развитием шипов иглобрюха у эмбрионов. Хотя первоначально они выдвинули гипотезу о том, что шипы образовались из чешуи - что иглобрюх потерял компонент чешуи, но сохранил шип, - они обнаружили, что шипы уникальны для развития благодаря чешуе. Они также обнаружили, что развитие шипов рыбы-фугу зависит от той же сети генов, которая обычно экспрессируется в перьях и волосах других позвоночных животных.
«Меня просто поражает, что независимо от того, насколько эволюционно разные структуры кожи у животных, они все равно используют один и тот же набор генов в процессе развития», - говорит Фрейзер.
Затем исследователи решили посмотреть, что произойдет, если они манипулируют этими генами. Используя CRISPR-Cas9 и другие генетические методы, исследователи заблокировали определенные гены, которые являются классическими маркерами развития придатков кожи. Это позволило им уменьшить количество шипов на иглобрюхе, а также ослабить ограничение на то, где шипы появляются на иглобрюхе.
Обычно шипы располагаются в определенных местах на иглобрюхе. Фрейзер говорит, что такая локализация шипов предназначена для усиления защиты.
«Когда иглобрюх надувается, заглатывая воду или, в некоторых случаях, воздух, их кожа растягивается, особенно вокруг живота, и становится более восприимчивой к повреждениям, например, разрывам», - говорит он. «Шипы укрепляют раздутое брюшко. В крайних случаях некоторые рыбы-фугу теряют все остальные шипы на своем теле и сохраняют только брюшные шипы».
Причина разнообразия покрытия корешка, вероятно, экологическая, говорит Фрейзер.
«То, что действительно вызывает эти изменения с точки зрения потери или приобретения шипов, является многофакторным, но сдвиги в покрытии шипов и морфологии могут позволить иглобрюху воспользоваться новыми экологическими нишами, которые им доступны», - он говорит. «Поскольку климат и окружающая среда становятся другими, рыба-фугу может использовать эти развивающиеся черты, чтобы выдерживать изменения и адаптироваться к ним."
Благодаря своим усилиям по секвенированию Фрейзер и его коллеги надеются в конечном итоге определить различия в геноме, которые обеспечивают разнообразие в покрытии шипов, морфологии и переходе от чешуи к шипам.
«Мы можем манипулировать различными вещами, связанными с разнообразием иглобрюха, что дает нам представление о функции генов, необходимых для нормального развития, и помогает нам понять эволюцию и структуру шипов иглобрюха», - говорит Фрейзер. «Рыбы-фугу - это дикие рыбы, которые невероятно отличаются от других групп, и, в конечном счете, мы хотим увидеть, есть ли что-то особенное в геноме иглобрюхов, что может дать подсказки, чтобы предложить механизмы, которые позволяют им создавать эти странные структуры».