Трехиглая колюшка, небольшая рыба, обитающая в прибрежных районах Северного полушария, известна своей изменчивостью внешнего вида от одного места к другому, что делает ее идеальным объектом для изучения того, как виды приспосабливаются к различным условиям. Новое исследование показывает, что популяции колюшек в эстуариях вдоль побережья Калифорнии эволюционировали за последние 40 лет, поскольку изменение климата изменило их прибрежную среду обитания.
В исследовании, опубликованном 21 ноября в журнале Global Change Biology, рассматривались различия в панцире, защищающем колюшку от хищников, в частности количество костных пластин вдоль их боков (называемых боковыми пластинами). Предыдущие исследования показали, что популяции в северной Калифорнии имеют более полный набор этой брони, чем популяции в южной Калифорнии, что соответствует различиям в их среде обитания.
«Существует градиент от более засушливых систем на юге, где эстуарии более похожи на пруды с большим количеством растительности, к более открытым речным системам по мере продвижения на север», - объяснил соавтор Эрик Палковач, юрист профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Новое исследование показало, что трехиглая колюшка в эстуариях некоторых калифорнийских эстуариев эволюционирует, чтобы иметь меньше боковых пластин, поскольку их среда обитания становится более похожей на пруд из-за более теплого и сухого климата. Популяции колюшки на некоторых участках в центральной Калифорнии теперь больше похожи на популяции с низким покрытием, типичные для южной Калифорнии.
«Боковые пластины обеспечивают броню, но недостатком является то, что их строительство требует затрат энергии, и они могут ограничивать маневренность», - сказал Палковач. Считается, что растительность и другие структурные особенности, обнаруженные в медленно текущей воде, увеличивают потребность в маневренности и уменьшают потребность в броне, поскольку у колюшки больше мест, где можно убежать или спрятаться от хищников.
Палковач и первый автор Симона Дес Роше, который руководил исследованием в своей лаборатории в Калифорнийском университете в Санта-Круз, воспользовались возможностью изучить исторические образцы трехиглой колюшки из исследований, проведенных вдоль побережья Калифорнии в соавторстве. Майкл Белл в 1970-х. Белл, посвятивший большую часть своей карьеры изучению колюшек, недавно вышел на пенсию из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке и теперь работает в Музее палеонтологии Калифорнийского университета в Беркли.
«Ближе к концу моей карьеры для меня настоящее удовольствие иметь сотрудников, которые могут извлечь дополнительную пользу из этих коллекций», - сказал Белл.
Де Рош и Палковач повторно обследовали те же места, где Белл собирал экземпляры колюшек в 1970-х и начале 80-х годов. Они обнаружили, что частота встречаемости колюшки с низким покрытием со временем обычно увеличивается. Кроме того, южная граница распространения сплошь покрытой чешуей колюшки сместилась на север.
Предыдущее исследование уже установило генетическую основу различий, наблюдаемых в боковых пластинах трехиглой колюшки, и генетическое тестирование рыбы, пойманной Де Роше, подтвердило это.
Мы знаем генетику, лежащую в основе этого признака, и то, как он коррелирует с окружающей средой, поэтому у нас есть эти хорошо установленные отношения генов к морфологическим признакам и признаков к окружающей среде. Это позволяет нам сделать вывод о том, что мы «Видение - это эволюционное изменение», - сказал Де Роше, который сейчас работает в Вашингтонском университете.
Она добавила, что, хотя это исследование было сосредоточено на боковых пластинах, другие черты, вероятно, также развиваются в ответ на климатические изменения в среде обитания. Например, рыба Де Рош, пойманная в реке Биг-Сур в 2017 году, не только имеет меньше боковых пластин, чем та, которую Белл поймал в 1974 году, но и их общая морфология также разительно отличается..
Их форма головы и форма рта совершенно разные, что согласуется с поеданием другой добычи. Мы не рассматривали эти черты в этом исследовании, но у меня есть представление о том, что вы могли бы обнаружить, если бы вы это сделали, - сказал Де Рош.
Белл сказал, что неудивительно, что популяции колюшек в Калифорнии эволюционируют в ответ на изменение климата, потому что его предыдущее исследование показало, как быстро может развиваться этот вид. Он провел обширное исследование на Аляске, изучая, что происходит, когда морская колюшка колонизирует пресноводные озера.
На Аляске морфология колюшки из морской рыбы переходит в морфологию пресноводной рыбы менее чем за десять поколений. Разница в том, что эти популяции в Калифорнии остаются на одном и том же месте, а окружающая среда вокруг меняется. их, заставляя их развиваться», - сказал Белл.
Доказательства того, что изменение климата меняет генетический состав естественных популяций, значительны, сказал он. В других исследованиях были обнаружены морфологические изменения у растений или животных, связанные с изменением климата, но очень немногие показали изменения в признаках, генетическая основа которых хорошо установлена.
Другим важным аспектом этого исследования является то, что изменения в колюшке происходят в ответ на изменение среды их обитания под влиянием климата. «Мы склонны сосредотачиваться на прямом воздействии на организмы повышения температуры или изменения количества осадков, но мы также должны думать о том, как изменение климата повлияет на характеристики среды обитания, от которой зависят эти организмы», - сказал Палковач.
По мере того, как в популяциях колюшек будет преобладать рыба с небольшим количеством боковых пластин, вариант гена (или аллель) для полностью пластинчатой морфологии может исчезнуть из этих популяций, сказал Де Рош. Эта потеря генетического разнообразия может ограничить приспособляемость этих популяций в будущем, если, например, в их среду обитания попадет новый хищник.
«Им может не хватать генетических вариаций, необходимых для адаптации, что делает их более уязвимыми к вымиранию», - сказал Де Рош..