Некоторые виды рыб приспосабливаются к изменениям окружающей среды без существенной генетической эволюции, согласно исследованию Университета Восточной Англии и Университета Далхаузи, Канада.
Такие изменения означают, что виды, которым угрожает изменение климата, могут найти способы адаптации гораздо быстрее, чем через изменения в ДНК, которые приходят с эволюцией.
Исследователи изучали зимнего ската (Leucoraja ocellata) в водах возрастом около 7000 лет, которые значительно теплее тех, где обитают остальные виды. Они наблюдали множество физических и функциональных адаптаций, которые позволяют видам справляться со значительно отличающимся набором условий окружающей среды, наблюдаемых в этой неглубокой, теплой среде обитания.
Д-р Джек Лайтен из Школы наук об окружающей среде UEA говорит, что этот тип адаптации обусловлен эпигенетическими изменениями, вызванными модификацией экспрессии генов, когда инструкции в ДНК преобразуются в функциональный продукт, то есть в белок.
Эти адаптации особенно важны для видов с длительным периодом созревания и низким репродуктивным потенциалом, поскольку обычно эти характеристики жизненного цикла приводят к медленной эволюции. Быстрые изменения в экспрессии генов, независимо от изменений в последовательности ДНК, могут способствовать быстрой модификации биологических характеристик организма и подпитывать форму быстрой адаптации.
Доктор Лайтен сказал: «Существует множество ископаемых свидетельств, свидетельствующих о том, что быстрые изменения климата не дают многим видам достаточных возможностей для адаптации, а это означает, что они вымерли или были ограничены небольшими областями подходящей среды обитания.
"Но адаптация эволюционного потенциала за счет экспрессии генов может позволить видам с длительным созреванием и низким репродуктивным потенциалом (и, следовательно, низким эволюционным потенциалом) выживать и адаптироваться к различным средам - то, что может иметь жизненно важное значение для будущего выживания акул., коньки и скаты в свете грядущего изменения климата."
Скаты легли в основу исследования, потому что, несмотря на низкую репродуктивную способность и длительное время созревания, что означает, что они уязвимы к изменениям окружающей среды, они сохранялись в течение более 150 миллионов лет и двух массовых вымираний, что позволяет предположить, что они обладают устойчивостью и эволюционная стратегия, позволяющая им противостоять изменениям окружающей среды. Более того, одна из популяций находится под угрозой исчезновения и демонстрирует некоторые интересные отличия во внешнем виде и экофизиологии по сравнению с остальными видами.
Были изучены две популяции зимнего ската в атлантической Канаде: одна эндемичная и находящаяся под угрозой исчезновения популяция в южной части залива Святого Лаврентия и большая популяция на шельфе Шотландии. Население Южного залива находится на гораздо более мелководной территории, где летом температура воды на 10°C выше, чем на шельфе Шотландии, и, по оценкам, этому более теплому месту обитания всего 7000 лет.
Зимний скат южного залива Святого Лаврентия резко уменьшил размер своего тела, на 45 процентов по сравнению с другой популяцией, и имеет значительно более короткую продолжительность жизни с более быстрым временем созревания. Исследование генов этого миниатюрного эндемичного ската показало тысячи изменений в экспрессии генов.
Доктор Лайтен сказал: «Зимний скат смог адаптироваться к совершенно другой среде за короткое время эволюции с, по-видимому, небольшими генетическими изменениями. Эти адаптивные изменения в жизненном цикле, физиологии и фенотипе произошли посредством эпигенетической регуляции. вызывая изменения в экспрессии генов, что позволяет видам быстро реагировать на вызовы окружающей среды.
"Сравнения с популяцией в южной части залива Святого Лаврентия показали более 3600 изменений в экспрессии генов, которые могут быть ответственны за то, что вид позволяет адаптироваться к более теплым мелководьям и связанным с этим проблемам."
Важность генетических и эпигенетических изменений в адаптивной эволюции горячо обсуждается, и результаты этого исследования имеют важное значение для демонстрации ценности изучения этих изменений не только у рыб, но и у других видов, сталкивающихся с аналогичными проблемами.
Доктор Лайтен сказал: «Потому что южная часть залива Святого Лаврентия намного мельче и теплее, чем другие регионы северо-западной Атлантики, и виды расширили свой ареал в этом регионе только в течение последних семи тысяч лет или около того. после последнего ледникового периода он может представлять собой естественную модельную систему для проверки влияния более теплых океанов на морское биоразнообразие. Действительно, мы наблюдаем миниатюризацию других видов в Персидском заливе по сравнению с оставшимся ареалом видов, и все другие данные свидетельствуют о том, что это может аналогичным образом быть из-за более высокой температуры воды.
Наша работа предполагает, что некоторый успех акул, скатов и скатов в очень длительных временных масштабах эволюции может быть связан с их способностью быстро реагировать на изменения окружающей среды посредством регуляции экспрессии генов. На сегодняшний день самой большой угрозой для многих из этих видов является чрезмерный вылов рыбы. Мы только начинаем понимать, как на них может повлиять изменение климата. Мы надеемся, что наши результаты откроют двери для более детальных исследований той роли, которую эпигенетика может сыграть в сохранении уязвимых и экологически важных рыб в этот период быстрого глобального потепления».
Статья «Адаптивная фенотипическая реакция на климат, обеспечиваемая эпигенетикой у видов с K-стратегией, рыбы Leucoraja ocellata (Rajidae)» опубликована в журнале Royal Society Open Science.