Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга совместно с Институтом проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН и Институтом биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН установили механизм, определяющий формирование зарождающихся видов лососевых рыб.
Не гены решают? На Камчатке выяснили, что превращает одну рыбу в три разных вида
Несколько видов гольцов — больших рыб семейства лососевых — долгое время населяли одни и те же водоемы Камчатки, но почему-то шли разными эволюционными путями и не образовывали гибриды. Ученые задались вопросом, почему одни рыбы стали хищниками, другие — бентофагами, а третьи превратились в насекомоядных карликов. Дело оказалось в температуре воды и запасе гормонов щитовидной железы. Подробности свежего исследования опубликовал Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга.
Magnific
Такие одинаковые, но разные гольцы
Объектом исследования стал камчатский голец-мальма. В реке Камчатка и озере Кроноцком мальма образует три экологические формы, обитающие совместно, но не скрещивающиеся между собой:
- крупную хищную;
- среднеразмерную бентосоядную (питается донными беспозвоночными);
- мелкую насекомоядную.
Генетический анализ, проведенный ранее, показал, что гибриды между формами редки, а различия закрепляются через выбор места нереста: каждая форма возвращается на нерест туда, где сама вылупилась, и эти участки различаются по температуре воды.
Хищная форма нерестится в самой холодной воде, карликовая — в самой теплой, бентофаги занимают промежуточное положение.
озеро Кроноцкое
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Как температура воды влияет на рыб
Чтобы понять, как температура связана с обликом рыбы, ученые в течение двух лет — с 2015-го по 2016-й год — фиксировали температурный режим нерестилищ автономными логгерами, установленными прямо в гнездах на дне. Затем собрали икру от нескольких самок и самцов каждой формы на пике нереста и вырастили мальков в лаборатории при точно контролируемой температуре воды — с погрешностью в тысячные доли градуса. На каждой стадии развития, от вылупления до окостенения черепа, у мальков измеряли содержание гормонов щитовидной железы Т3 и Т4, а скелет окрашивали специальным красителем, чтобы проследить, как идет окостенение девяти костных элементов черепа.
- Выяснилось, что икра, развивающаяся в холодной воде, получает от матери повышенный запас гормона Т4 и проходит все стадии развития ускоренными темпами.
- Икра из теплой получает пониженный гормональный запас и развивается медленнее. Разница в скорости развития проявляется еще до того, как у малька появляется собственная работающая щитовидная железа: под микроскопом видно, что у хищной формы фолликулы железы созревают раньше и работают активнее, чем у карликовой, то есть организм расходует унаследованный от матери гормон быстрее и раньше переходит на собственный синтез.
Чтобы отделить эффект температуры от наследственных различий между формами, исследователи взяли икру одной бентосоядной формы и вырастили ее партиями при разных температурных режимах, имитирующих условия нереста трех форм. Мальки одного происхождения, выращенные в холодной воде, приобретали ускоренное развитие и черты хищной формы; выращенные в теплой — замедленное развитие и черты карликовой формы.
Река Камчатка
В отдельной серии экспериментов авторы изменили гормональный статус мальков напрямую, при одинаковой стандартной температуре: части рыб вводили гормон Т3, у другой части его синтез подавляли препаратом. Уровень гормона повлиял на скорость окостенения скелета сильнее, чем температура.
«Мы получили целостную схему: температура развития управляет активностью щитовидной железы, а та уже определяет темп развития и скорость окостенения. Хищные формы развиваются быстро при высоком гормональном обеспечении в холодной воде, карликовые — медленно при пониженном гормональном запасе в теплой воде. Важно, что эффект предсказуем и воспроизводится в эксперименте: рыба одного происхождения при разной температуре нереста закономерно смещается либо к облику хищника, либо к облику карлика», — рассказал Евгений Есин, научный сотрудник Камчатского государственного университета имени Витуса Беринга.
Что это значит?
Такой механизм позволяет виду быстро расходиться на формы, приспособленные к разным нишам, без изменений в геноме — за счет материнского гормонального программирования потомства. Похожая роль щитовидной железы в регуляции теплообмена известна у млекопитающих и птиц. А у рыб, чувствительных к температуре воды на ранних стадиях жизни, этот механизм может влиять на устойчивость популяций к потеплению рек и озер.
Исследования гольца мальмы продолжатся на базе создаваемого в КамГУ им. Витуса Беринга «Кампуса первооткрывателей», реализуемого в рамках федерального проекта «Создание сети современных кампусов» национального проекта «Молодёжь и дети» по поручению Президента РФ. Новая инфраструктура позволит расширить экспериментальную базу для изучения адаптивных механизмов у камчатских лососевых рыб.
Работа выполнена в рамках Межведомственной комплексной программы научных исследований на территории Камчатского края и прилегающих акваторий в 2024-2026 годах.
Загружаем