Ученых уже давно озадачивает асимметричная физиология камбалы. Механизм, вызывающий необычную асимметрию, теперь установлен путем сравнения геномов двух родственных видов рыб.
Камбала - одни из самых необычных позвоночных животных на нашей планете. Они начинают свою жизнь полностью симметричными, как и любые другие рыбы, но претерпевают захватывающую метаморфозу, когда симметричная личинка превращается в асимметричную молодь, глаза которой заканчиваются на одной стороне головы.
По мере того, как они перемещаются из открытой воды, чтобы жить и питаться на морском дне, происходит второе изменение: обращенная вниз сторона камбалы теряет пигмент кожи. Эти преобразования требуют, чтобы камбала претерпела радикальные изменения как в физиологии, так и в поведении.
Загадка для Дарвина уже
Загадка того, как эти изменения могли произойти в ходе эволюции, долгое время интересовала ученых. Даже Дарвин не мог объяснить «замечательную особенность» анатомии камбалы. Международная группа исследователей открыла решающие механизмы, приводящие к метаморфозам.
Команду возглавил биохимик Манфред Шартль, заведующий кафедрой физиологической химии биоцентра Вюрцбургского университета, и его бывший студент из Вюрцбурга и коллега Сонглин Чен из Научно-исследовательского института рыболовства Желтого моря в Китае. Ученые опубликовали свои выводы в текущем выпуске журнала Nature Genetics.
Идентифицированы два агента
«Недавно мы секвенировали геном как японской камбалы (Paralichthys olivaceus), так и ее дальнего родственника, камбалы-языка (Cynoglossus semilaevis)», - объясняет Манфред Шартль. Сравнение двух геномов дало представление о генетических основах радикальных физиологических изменений.
Сосредоточив внимание на генах, которые были активны во время метаморфоза, ученые определили ключевой триггер развития: ретиноевую кислоту. «Ретиноевая кислота отвечает за изменения пигментации кожи у камбал и взаимодействует с гормоном щитовидной железы, который заставляет оба глаза мигрировать на одну половину тела», - подводит Шартль основные результаты своей работы.
Свет также играет центральную роль в этом процессе, как с удивлением обнаружили исследователи во время своей работы. Они обнаружили, что те же самые пигменты, которые улавливают свет в глазах, экспрессируются в коже личинок камбалы. «Они чувствуют разницу в яркости, чтобы регулировать концентрацию ретиноевой кислоты», - говорит Шартл. Это, в свою очередь, влияет на гормон щитовидной железы и способствует возникновению асимметрии.
Преимущества для рыбной отрасли
В исследовании приняли участие ученые различных научно-исследовательских институтов Китая. Они получили финансовую поддержку, среди прочего, от Министерства сельского хозяйства Китая. В дополнение к научным причинам, это имеет экономическую подоплеку: камбала является дорогой продовольственной рыбой и, соответственно, дорогой. Чтобы удовлетворить растущий спрос, Китай управляет огромными рыбными фермами, которые производят более половины выращиваемой в мире рыбы.
Однако сбои в метаморфозе являются частой проблемой в аквакультуре камбалы, что приводит к многомиллионным потерям в производстве.
Понимание того, как развиваются эти уникальные существа, не только решает давнюю эволюционную загадку, но также служит рыбной промышленности и помогает прокормить постоянно растущее население.