Сталоголовая форель, член семейства лососевых, обитающий и растущий в Тихом океане, генетически адаптированный к пресноводной среде озера Мичиган менее чем за 120 лет.
Steelhead были намеренно завезены в озеро Мичиган в конце 1800-х годов для поддержки любительского и коммерческого рыболовства. В своем естественном ареале, который простирается от Калифорнии до России, стальноголовые вылупляются в пресноводных реках, мигрируют в океан и возвращаются в пресные воды для нереста. Эта миграция позволяет стальным головам питаться в океане, где они могут вырасти больше и произвести больше яиц, чем если бы они оставались в пресноводных ручьях всю свою жизнь.
Стальной голова, интродуцированная в озеро Мичиган, продолжает нереститься в небольших пресноводных притоках и ручьях, но теперь рассматривает полностью пресноводную среду обитания Великих озер как суррогатный океан. После интродукции в озеро Мичиган стальноголовые стали размножаться естественным образом и образовали самоподдерживающиеся популяции по всему району Великих озер. Чтобы изучить, как эти рыбы адаптировались к этой новой среде, команда под руководством Марка Кристи, доцента биологических наук Университета Пердью, секвенировала полные геномы 264 рыб. Затем команда сравнила стальных голов из озера Мичиган с таковыми из их наследственного ареала, выискивая исключительные регионы, связанные с генетической адаптацией.
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Ecology, показало, что области из трех хромосом у стальноголового хомяка развились после того, как они были завезены в озеро Мичиган, что дает представление о том, как эта мигрирующая в океан рыба адаптировалась к полностью пресноводной среде..
Два из трех участков хромосом, в которых произошли генетические изменения, имеют решающее значение для процесса, который поддерживает солевой и ионный баланс через мембраны в организме, известный как осморегуляция. Пресноводные рыбы активно поглощают ионы из окружающей среды, чтобы компенсировать потери солей в результате пассивной диффузии, в то время как морские рыбы выделяют ионы, чтобы компенсировать поглощение солей своим телом. Эти изменения в участках хромосом, влияющие на работу этого процесса, помогают объяснить, как стальноголовый череп выжил в полностью пресноводной среде.
Третья область, которая изменилась, участвует в обмене веществ и заживлении ран. Согласно исследованию, эта адаптация, возможно, позволила стальномуловому черепу воспользоваться альтернативной добычей или выделить дополнительные ресурсы для деятельности в новой среде..
В качестве альтернативы этот регион мог адаптироваться в ответ на новую угрозу: паразитическую морскую миногу. Эти паразитические существа были непреднамеренно завезены в озеро Мичиган в 1930-х годах. Они цепляются за рыбу, как пиявки, и оставляют большие раны, часто убивая большое количество рыбы, на которую они охотятся.
Если вы думаете о наличии открытой раны в соленой воде, а не в пресной воде, эффекты в пресной воде более серьезны, потому что клетки могут разрываться быстрее. Вполне логично, что Steelhead может захотеть нейтрализовать эти эффекты быстрее или сделать по-разному», - сказала Жанна Уиллоуби, научный сотрудник Purdue и соавтор исследования. «Кроме того, паразитическая минога встречается в Великих озерах в очень больших количествах, но редко взаимодействует со стальноголовыми в их естественном ареале, а это означает, что они могут быть просто сильной избирательной силой».
Исследование также показало, что генетическое разнообразие у стальноголовых в новой среде было намного ниже, чем у рыб из их естественного ареала. Это уменьшенное генетическое разнообразие, иногда называемое эффектом основателя, является обычным явлением, когда новая колония создается лишь несколькими членами первоначальной популяции.
«Даже если ваша популяция сократилась из-за интродукции или эффекта основателя, популяции все равно адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды», - сказал Кристи. «Выяснение того, какие популяции могут адаптироваться и почему, остается актуальным вопросом, особенно перед лицом изменения климата и других проблем сохранения».