Ученые из Техасского университета в Остине впервые обнаружили, что отдельные популяции одного и того же вида - в данном случае кораллов - могут различаться по своей способности регулировать гены при адаптации к местной среде. Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology and Evolution, раскрывает новый способ адаптации населения, который может помочь предсказать, как они поведут себя в условиях изменения климата.
Новое исследование было основано на популяциях горчичного коралла Porites astreoides, обитающих в районе Нижней Флориды. Кораллы, живущие близко к берегу, приспособлены к более изменчивой среде, потому что здесь больше колебаний температуры и качества воды: представьте их как более космополитический коралл, приспособленный к случайным стрессовым событиям, которых избегают морские кораллы. Когда исследователи поменяли местами кораллы из прибрежной зоны с популяцией того же вида из прибрежных вод, они обнаружили, что кораллы прибрежных рифов претерпели более значительные изменения в своей генной активности, чем кораллы, собранные с прибрежных рифов. Это позволило прибрежным кораллам лучше адаптироваться к новой среде.
«Удивительно, что популяции, расположенные так близко друг к другу - эти рифы находятся на расстоянии менее 5 миль друг от друга - могут быть такими разными», - говорит автор-корреспондент Карли Кенкель, в настоящее время работающая в Австралийском институте морских наук. «Мы обнаружили еще один способ, которым кораллы могут повысить свою устойчивость к температуре, что может иметь важное значение для определения их реакции на изменение климата."
Различия в регуляции генов - способность организма делать определенные гены более или менее активными - могут передаваться по наследству и имеют решающее значение для адаптации к изменениям окружающей среды. Уже было известно, что у отдельных популяций часто возникают различия в среднем уровне активности генов, но теперь ученые обнаружили, что популяции также могут различаться по своей способности включать и выключать гены.
«Мы показываем, что одна популяция адаптировалась к более изменчивой среде, развив повышенную способность регулировать активность генов», - говорит Михаил Мац, соавтор исследования и доцент кафедры интегративной биологии.
Исследователи поменяли местами 15 генетически отличающихся колоний кораллов от берега на 15 колоний, найденных в море, чтобы увидеть, будут ли кораллы регулировать свои гены, чтобы соответствовать модели, наблюдаемой в местной популяции. Через год пересаженные популяции действительно показали различия: ранее прибрежные кораллы, пересаженные в море, резко изменили свою генную активность, чтобы стать очень похожими на местных, тогда как прибрежные кораллы, пересаженные в берег, смогли пройти только половину пути к местным уровням генной активности. Короче говоря, кораллы, которые произошли из более изменчивой среды, близкой к берегу, были более гибкими в регуляции своих генов.
Отсутствие гибкости сказалось на прибрежных кораллах, которые плохо себя чувствовали на прибрежном рифе и испытали обесцвечивание, вызванное стрессом. Их более высокий уровень обесцвечивания был связан со сниженной способностью динамически регулировать активность связанных со стрессом генов, подтверждая, что гибкость генной регуляции является важным компонентом адаптации к прибрежной среде.
«Мы увидели разную способность к пластичности экспрессии генов между популяциями кораллов, потому что мы смотрели на поведение всех генов вместе, вместо того, чтобы сосредотачиваться на отдельных генах», - говорит Кенкель. «Если бы мы этого не сделали, мы бы, так сказать, пропустили риф из-за кораллов».