Морской окунь присутствует в меню по всему Тихоокеанскому региону, по большей части без особого внимания к происхождению рыбы или тому, какой из 137 видов находится на тарелке - его обычно называют просто морским окунем или, ошибочно, каменной треской. или красный окунь.
Но эта, казалось бы, анонимная рыба - одно из самых долгоживущих позвоночных на Земле - содержит ключи к разгадке генов, определяющих продолжительность жизни, а также плюсы и минусы долголетия.
В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Science, биологи из Калифорнийского университета в Беркли сравнивают геномы почти двух третей известных видов морского окуня, обитающих в прибрежных водах Тихого океана, и обнаруживают некоторые генетических различий, лежащих в основе их сильно различающейся продолжительности жизни.
Некоторые морские окуни, такие как красочный ситцевый морской окунь (Sebastes dallii), живут немногим более десяти лет, в то время как самый долгоживущий представитель рода Sebastes - шероховатый морской окунь (Sebastes aleutianus), которого можно встретить в Япония до Алеутских островов - могут болтаться на морском дне в холодных, глубоких прибрежных водах более 200 лет.
Их широкий диапазон продолжительности жизни, не говоря уже о различиях в размерах, образе жизни и экологических нишах, которые ученые называют их фенотипами, развился всего за 10 миллионов лет - один из самых быстрых излучений среди всех рыб.
Чтобы раскрыть генетические детерминанты продолжительности жизни морского окуня, исследователи получили образцы тканей, а иногда и дегустировали образцы, от 88 видов и секвенировали их полные геномы с помощью современной техники, известной как Pacbio, или SMRT., последовательность.
Они обнаружили множество генов, связанных с увеличением продолжительности жизни, хотя некоторые из этих генов связаны с адаптацией к жизни на большей глубине и ростом, оба из которых связаны с увеличением продолжительности жизни. Среди млекопитающих, например, слоны живут дольше, чем крысы.
Выводы также подчеркивают компромиссы долгой продолжительности жизни, которые включают в себя меньшие популяции, что также наблюдается у млекопитающих, где численность недолговечных крыс значительно превышает численность долгоживущих слонов.
«В этом исследовании мы определили как генетические причины, так и последствия адаптации к экстремальной продолжительности жизни», - сказал старший автор Питер Судмант, доцент кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли. «Очень интересно иметь возможность взглянуть на группу видов и увидеть, как их фенотип формировался с течением времени, и генетические изменения, которые определяют этот фенотип, и одновременно то, как этот фенотип затем влияет на генетическое разнообразие этой популяции.."
Судмант признает, что многие из биологических путей, которые он и его команда обнаружили, связаны с продолжительностью жизни, были идентифицированы ранее в генетических исследованиях изменчивости в пределах одного вида животных, хотя это исследование действительно затрагивает несколько новых генов в этих путях. Тем не менее, естественная изменчивость этого единственного рода рыб, распространившегося по всему Тихому океану, уникальным образом заключает в себе большую часть множества генетических факторов, влияющих на продолжительность жизни.
Можно считать морского окуня своего рода идеальным штормом. В некотором смысле, как на индивидуальном уровне, так как отдельные рыбы могут жить очень долго благодаря адаптации к размеру и глубине, так и просто имея все эти разные виды, которые демонстрируют эти разные тенденции», - сказал он. «Это идеальный набор людей, на которых можно смотреть, в то время как у других людей есть только один вид».
Исследование также имеет значение для понимания продолжительности жизни человека. Судмант и его коллеги обнаружили, что у долгоживущих видов было больше иммуномодулирующих генов, в частности, группы, называемой бутирофилинами, чем у короткоживущих. Поскольку иммунная система участвует в регуляции воспаления, а усиленное воспаление связано со старением человека, результаты указывают на гены, которые могут быть мишенями для терапевтических средств, замедляющих возрастные повреждения в организме.
"Здесь есть возможность посмотреть на природу и увидеть, как естественные приспособления сформировали продолжительность жизни, и подумать о том, как такие же гены действуют в наших собственных телах", - сказал он.
Размер и среда обитания объясняют большую изменчивость продолжительности жизни рыб
Исследователи искали вариации ДНК, которые чаще встречались у долгоживущих рыб, и обнаружили 137 генных вариаций, связанных с долголетием.
Не все из них имеют прямое влияние на продолжительность жизни. Исследователи позаботились о том, чтобы выделить генетические вариации, которые позволили морским окуням адаптироваться к более глубоким глубинам и вырасти до больших размеров, поскольку сами по себе эти адаптации имеют побочный эффект в виде увеличения продолжительности жизни. Например, более глубокие и прохладные воды замедляют обмен веществ, что связано с увеличением продолжительности жизни многих животных.
«Мы можем объяснить 60% различий в продолжительности жизни, просто взглянув на размер в зрелом возрасте и на глубину, на которой живет рыба», - сказал Судмант. «Итак, вы можете предсказать продолжительность жизни с довольно высокой точностью только по этим факторам. Это позволило нам определить гены, которые позволяют им делать такие вещи».
Остальная часть вариации, связанной с долголетием, в основном включала три типа генов: увеличение числа генов для восстановления ДНК; изменения во многих генах, регулирующих инсулин, который, как давно известно, влияет на продолжительность жизни; и обогащение генов, которые модулируют иммунную систему. Больше генов репарации ДНК может помочь защитить от рака, в то время как больше иммунных генов может помочь предотвратить инфекции, а также рак.
«Шесть различных участников сигнального пути инсулина находятся в стадии селекции у этих рыб», - сказал Судмант. «Если вы посмотрите учебники, там около девяти или десяти основных членов этого пути, поэтому большинство из них находятся в стадии селекции у морского окуня».
По сути, сказал Судмант, некоторые виды морских окуней продлили свою жизнь, просто адаптировавшись к более глубоким и холодным водам и увеличив свой размер. Однако самые долгоживущие виды еще больше увеличили свою продолжительность жизни, изменив репарацию ДНК, гены передачи сигналов инсулина и иммуномодуляции.
Из 88 геномов морского морского окуня исследователи также смогли сделать вывод о том, как выглядел геном предков морского морского окуня и как виды произошли от этого общего предка 10 миллионов лет назад. Они обнаружили, что с увеличением продолжительности жизни также снизился уровень популяции. Некоторые из самых долгоживущих видов выживают сегодня в небольших количествах, которые полагаются на очень старых, но очень плодовитых самок для пополнения популяции. Эти большие, старые, толстые, плодовитые самки, или BOFFFF, как их называют в кругах по сохранению рыб, производят большую часть потомства - иногда исчисляемого миллионами в год, хотя и с низкой выживаемостью, - которое порождает следующее поколение.
В этих морских окунях мы действительно можем наблюдать за этой эволюцией, происходящей в течение этого периода времени в 10 миллионов лет, и мы наблюдаем, что, когда у некоторых видов развивается короткая продолжительность жизни, размеры их популяции увеличиваются, а когда они развиваются долго продолжительность жизни, размеры их популяции сокращаются», - сказал он.«Мы можем видеть признаки этого в их геномах, в генетической изменчивости, которая существует у этих видов. Таким образом, есть следствие адаптации к долгой и короткой жизни».
Один интригующий вывод, по его словам, заключается в том, что у долгоживущих видов наблюдается избыток определенных видов мутаций ДНК, в частности, преобразование пары нуклеотидов CG (цитозин-гуанин) в TG (тимин-гуанин) - Известно, что они накапливаются в опухолях с возрастом. Поскольку самые старые самки этих долгоживущих видов производят большую часть потомства, эти необычные генетические изменения передаются остальной части долгоживущей популяции.
Судмант и его коллеги по лаборатории в настоящее время занимаются аналогичным сравнением геномов летучих мышей, приматов и других организмов, изучая гены, коррелирующие с продолжительностью жизни, старением, стрессом и другими фенотипическими различиями. Но проект с морскими окунями был чем-то особенным, сказал он.
«В генетике нас часто высмеивают за то, что мы проводим эксперименты, похожие на рыболовные экспедиции», - сказал он. «Это была и в прямом, и в переносном смысле рыболовная экспедиция».
Постдокторские исследователи из Калифорнийского университета в Беркли Шри Рохит Радж Колора и Грегори Оуэнс, которые сейчас работают в Университете Виктории в Британской Колумбии, Канада, являются соавторами статьи. Другими соавторами являются Хуан Мануэль Васкес, Александр Стаббс, Камалакар Чатла и профессор Дорис Бахтрог из Калифорнийского университета в Беркли; Коннер Джейнезе, Кейтлин Сито, Мерит МакКри и Милтон Лав из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; Майкл Сандел из Университета Западной Алабамы; Джулиана Вианна из Папского католического университета Чили; и Кэтрин Маслеников и Джеймс Орр из Вашингтонского университета. Работа финансировалась за счет премии Национального института общих медицинских наук Национального института здравоохранения (R35GM142916).
Видео морского окуня с 200-летней продолжительностью жизни: