Во всем живом мире у родителей есть много способов одарить своих отпрысков информацией, которая им понадобится, чтобы помочь им выжить. Новое исследование в журнале Nature Ecology and Evolution, в котором изучается влияние воздействия хищников на два поколения колюшек, дало удивительное представление о том, как используется такая трансгенерационная информация.
Исследование возглавила Лора Стайн, начавшая работу в качестве докторанта в лаборатории зообиолога Иллинойского университета Элисон Белл. Стейн, Белл и докторант Аббас Бухари обнаружили, что когда либо отец колюшки, либо его потомство сталкивались с угрозой хищничества, потомство реагировало с помощью той же адаптивной стратегии - становясь меньше и робче. Даже если оба поколения столкнулись с угрозой, различия в развитии в размерах и поведении остались прежними.
«Результаты оказались не такими, как мы предсказывали, потому что модели предполагают, что информация из разных источников является аддитивной», - сказал Белл, который также является членом Института геномной биологии Карла Р. Вёзе в генных сетях в Исследования нейронной и пластичности развития. «Если, скажем, пластичная реакция развития должна быть меньше в ответ на риск хищничества и если реакция поколений должна быть меньше в ответ на риск хищничества, все модели предполагают, что если эти две вещи объединяются вместе, они должны быть вдвойне эффективнее. маленький… это совсем не то, что мы нашли."
Исследовательская группа Белла интересуется, как опыт (воспитание) и генетическая информация (природа) сливаются, чтобы определить, как животные развиваются и ведут себя. Чтобы понять это исследование, полный набор генетической информации животного, его геном, можно представить как руководство по эксплуатации. В ДНК генома записаны накопленные знания о прошлых экологических проблемах, с которыми сталкивался этот вид, и разработанное руководство о том, какие стратегии могут помочь выживанию в последующих поколениях..
Если биологическая информация записана в геноме, как опыт может изменить ход развития? Стимулы из окружающей среды изменяют способ доступа к генам и их считывания, их «выражение», поэтому, хотя информация в руководстве по геномным инструкциям организма остается неизменной, частота, с которой ссылаются на разные инструкции, меняется, что приводит к другому поведению и чертам.
«Меня всегда восхищала идея трансгенерационной пластичности или способности родителей влиять на развитие потомства, основываясь на собственном опыте и окружающей среде», - сказал Штейн.«В этом исследовании мы хотели напрямую сравнить сигналы от отцов, из личного опыта и того, что происходит, когда люди получают сигналы от обоих, которые совпадают».
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи изучили реакцию колюшек на различные комбинации отцовского и личного опыта: половина рыб-отцов в исследовании подвергалась воздействию модельного хищника в лаборатории, когда они ухаживали за кладкой яиц, а другой половины не было. Из рыб, вышедших из кладок в этих двух группах, половина рыб сама подвергалась воздействию модельного хищника, а другая половина - нет.
«Мы предсказывали, что увидим градиент реакций: отцовский опыт даст потомство с умеренными антихищными фенотипами, личный опыт даст более сильные антихищнические реакции, а комбинация обоих сигналов вызовет самую сильную реакцию», - сказал Стейн. «Один из способов думать об этом прогнозе - через уверенность в окружающей среде: если ваш отец намекает вам, что в окружающей среде есть хищники, но вы никогда с ними не сталкиваетесь, вы, возможно, не захотите вкладывать энергию в развитие антихищных фенотипов… Если вы лично испытаете хищник, однако вы можете быть уверены, что вокруг есть хищники!"
Поэтому группа была удивлена, обнаружив, что независимо от того, был ли у потомства рыб отцовский опыт, личный опыт или и то, и другое, они реагировали на риск хищничества с одинаковой степенью уменьшения размера и повышенной робостью. Штейн и ее соавторам было любопытно, что это говорит о том, как информация передается через экспрессию генов. Направлялась ли информация из двух разных источников по одним и тем же путям в мозге, приводя к одинаковым результатам? Или два совершенно разных процесса пришли к одному и тому же конечному результату?
"Когда мы проанализировали гены, общие для отцовских, личных и обоих сигналов, мы были очень удивлены, увидев, что все они регулируются в одном направлении!" - сказал Штейн. Согласно этим результатам, отцовский опыт и личный опыт преимущественно активировали общий набор молекулярных реакций, возможно, помогая объяснить на механистическом уровне, почему один или оба были способны давать одинаковые результаты развития.
Будущая работа может более подробно изучить геномные изменения, которые отличают реакции на каждый источник опыта, а также те, которые являются общими.
Одна из гипотез, вызванных обнаружением этого невероятного совпадения, особенно у животных, которые получают оба вида информации, состоит в том, что это происходит на уровне регуляции генов, и что существует нечто сопоставимое. к молекулярному переключателю, который активируется», - сказал Белл.
Исследователи также стремятся углубиться в удивительный результат, заключающийся в том, что разные источники информации не суммируются. На своей новой должности преподавателя в Университете Оклахомы Штейн планирует исследовать, как изменение затрат и выгод адаптивных реакций в разных средах может помочь определить, являются ли эти реакции аддитивными или нет. Возможно, в среде, где пищу найти гораздо труднее, например, рыба не могла позволить себе стать такой маленькой и пугливой только в ответ на отцовскую информацию.
«Колюшки, адаптированные к разным хищникам, например, могут уделять больше или меньше внимания своим генам, а не тому, что говорят им родители, а не тому, что говорит им их собственный опыт», - сказал Белл. «Сравнение генотипов колюшек из разных популяций, имеющих разную историю эволюции, с риском хищничества… я думаю, это было бы действительно круто».