Вы когда-нибудь смотрели на камбалу, похожую на камбалу или морской язык, с двумя глазами на одной стороне головы и думали: "Как это случилось?"
Вам повезло. У биолога из Университета Райса Кори Эванс есть ответ.
«Камбалы - одни из самых странных позвоночных на планете, и они очень, очень быстро стали странными, изменив сразу несколько признаков за короткий период времени», - сказал Эванс, доцент кафедры биологических наук в Райс, который специализируется на изучении эволюции рыб в длительных масштабах времени.
Из всех млекопитающих, рептилий, птиц, амфибий и рыб камбала, безусловно, самая асимметричная. Эванс, соответствующий автор исследования эволюции камбалы в Proceedings of the National Academy of Sciences, сказал, что это помогает держать это в поле зрения.
"Представьте любое другое животное", сказал он. «Например, скажем, вы гуляете и видите белку, и один глаз здесь, а другой там», - сказал он, указывая на два места на одной стороне лица. «У этой белки плохие времена. И есть 800 видов этих рыб, которые только этим и занимаются.
"Перспектива помогает понять, насколько странными на самом деле являются эти животные."
С точки зрения эволюции, асимметрия камбалы - это не просто новинка, это инновация и черта, которая отличает камбалу даже от ее ближайших родственников.
Эванс сказал, что эволюция камбал особенно интересна, потому что они начинались как типичные симметричные рыбы. Они начали развивать свою нынешнюю форму, или морфологию, около 65 миллионов лет назад, и в течение 3 миллионов лет они в основном закончили.
«Мы получили всю эту новую колонизацию морфопространства за 3 миллиона лет», - сказал Эванс. «И посмотрите, сколько времени прошло с тех пор. Так что есть очень короткий и короткий период времени, когда они развили все эти новые формы и все эти сумасшедшие виды».
В своем исследовании Эванс и его соавторы Оливье Ларуш из Райса и Сара-Джейн Уотсон из Горно-технологического института Нью-Мексико обнаружили, что тесная интеграция генетических признаков камбалы привела к своего рода эволюционному каскаду.
«Интеграция - это когда существует высокая степень корреляции между чертами, так что если вы измените одну черту, изменится и другая черта», - сказал Эванс. «В масштабах макроэволюции это становится действительно интересным, потому что черты затем начинают совместно развиваться друг с другом. Поэтому, если вы измените одну черту, вы можете в конечном итоге изменить несколько других».
Он сказал, что черты могут стать более интегрированными, если их морфологическое развитие контролируется или находится под влиянием общих сетей взаимодействия генов.
«Если сигнальные сети будут расширяться, охватывая все больше и больше признаков, то теоретически вы сможете распространять изменения по всему организму, используя одну и ту же сигнальную сеть, и вы сможете меняться очень быстро», - сказал он. «Это как нажать одну кнопку и перевернуть все животное сразу».
Эванс, Ларуш и Уотсон использовали несколько методов, чтобы собрать воедино историю эволюции камбалы. Одним из них был филогенетический сравнительный метод, отслеживающий эволюционную историю признаков между видами. Филогенетические деревья имеют ветви, которые показывают, где виды расходятся. «Обычно дерево строится с использованием генетики», - сказал Эванс. «Итак, возможно, у нас будет куча геномов для всех этих видов. И мы сможем использовать это, чтобы выяснить, кто кому ближе. Затем, как только дерево будет построено, я смогу увидеть, как черты менялись с течением времени, используя образец ветвления дерева в качестве ориентира."
Исследователи также использовали микро-КТ-сканер в лаборатории Эванса, чтобы сделать 3D-сканирование черепов нескольких видов камбал. Сканирование использовалось для создания трехмерных морфометрических моделей, которые можно было сравнивать на предмет различий в форме. Но многие виды камбал настолько непохожи друг на друга, что было невозможно «различить их только по форме или только по филогенезу», - сказал Эванс.
Поэтому исследователи создали сложные математические модели для отслеживания степени интеграции между различными областями черепа на протяжении 65-миллионной истории камбал и их родственников.
«Мы обнаружили, что камбалы были гораздо более интегрированными, чем неплоские рыбы, и это означает, что эволюция асимметрии у камбал в конечном итоге стала интегрированным процессом, в основном включающим изменения по всему черепу», - он сказал. «По мере того, как глаз мигрировал, менялась и куча других вещей. И он стал аддитивным. Таким образом, по мере того, как череп камбалы становился все более и более интегрированным, в единицу времени стало меняться больше вещей, чем за поколение до этого».
Что касается того, почему камбала эволюционировала и стала асимметричной, Эванс сказал, что это не единственный путь к плоской форме.
«Другие плоские рыбы, например, скаты, этого не делали», - сказал он. «Они просто сплющились, как блины. Но их глаза не с одной стороны. Ремора (также известная как рыба-присоска) тоже выглядит плоской рыбой, и они этого не делали».
Учитывая, что эволюция - это соревнование за «выживание наиболее приспособленных», эволюционный успех камбалы вызывает вопрос: выгодна ли асимметрия?
«Я не буду врать», - сказал Эванс. «Я действительно не знаю, есть ли в этом преимущество. Думаю, они сделали это, потому что могли».