Рыбы привыкли к смертельным токсинам всего за 60 лет

Американские ученые показали, что некоторые популяции рыбы фундулюс, живущие вдоль восточного побережья США, всего за 60 лет приспособилась к загрязнению, уровень которого в норме в тысячи раз превышает смертельный для этого вида. Статья опубликована в журнале Science.

Обыкновенный фундулюс (Fundulus heteroclitus) — небольшая тропическая рыба из отряда карпозубообразных, которая живет в морской воде, устьях рек и соленых болотах вдоль восточного побережья США. Некоторые участки побережья сильно загрязнены индустриальными отходами. Многие из этих отходов токсичны, а содержание их в воде часто достигает летального уровня. Несмотря на все возрастающее количество отходов, множество популяций фундулюса продолжают жить даже в сильно загрязненных водоемах и явно адаптировались к загрязнению. При этом уровень токсичности во многих таких водоемах в тысячи раз превышает уровень, который могут пережить рыбы того вида, живущие в чистых водоемах.

Чтобы выяснить, какие генетические изменения произошли при адаптации фундулюса к загрязнению, авторы отсеквенировали полные геномы 384 рыб из четырех сильно загрязненных и четырех незагрязненных водоемов. Также исследователи секвенировали транскриптомы (совокупность всех РНК), чтобы проанализировать экспрессию генов.

В геномах рыб, живущих в загрязненных водоемах, обнаружились сотни изменений, ассоциированных с толерантностью к загрязнению. Некоторые из этих адаптаций были уникальны для каждой популяции. Но многие изменения совпадали у рыб из разных популяций, хотя образовались, судя по всему, независимо. Это позволяет предполагать конвергентную эволюцию устойчивости к загрязнениям.

Многие из обнаруженных генетических изменений были сосредоточены в генах сигнального пути арил-гидрокарбонового (AHR) рецептора. У «обычных» рыб, живущих в чистых водоемах, этот сигнальный путь выполняет множество функций, одна из которых — защита от токсинов, в том числе ароматических соединений. Чтобы проверить, как функционирует этот сигнальный путь у обычных рыб и рыб, адаптировавшихся к загрязнению, авторы выращивали и тех, и других в чистой воде и затем добавляли туда токсичные вещества. Оказалось, что у обычных рыб в ответ на это активировалось множество генов AHR-пути, что вполне естественно: рыбы пытались справиться с токсинами. У рыб же, устойчивых к загрязнению, AHR-путь никак не реагировал в ответ на токсины — то есть был к ним нечувствителен.

Такая адаптация объясняется тем, что вызванная токсинами активация AHR-пути на ранних этапах развития рыб вызывает у них сильные нарушения развития, приводящие к смерти эмбрионов и мальков. У рыб, толерантных к загрязнению, «отключилась» чувствительность этого сигнального пути, и токсины больше не вызывают у них нарушений развития. Кроме того, поскольку защита от токсинов — далеко не единственная функция AHR-пути, у устойчивых к загрязнению рыб произошло также множество генетических изменений в других сигнальных путях, компенсирующих выключение этого пути. В частности, защиту от токсинов, за которую у обычную рыб отвечает AHR-путь, тоже взяли на себя другие молекулярные каскады.

Интересно, что у рыб из разных популяций выключение AHR-пути произошло за счет разных мутаций. Иными словами, у эволюции устойчивости к загрязнению был единый результат, но разные пути его достижения. Однако самое удивительное заключается в том, насколько быстро произошли эти изменения. Загрязнение водоемов, в которых сейчас живет фундулюс, началось только в 1950-х годах, так что все эти адаптации возникли всего за несколько десятков поколений. Произошло это благодаря двум факторам. Во-первых, у фундулюса исходно был очень высокий уровень генетического разнообразия, так что у эволюции был большой выбор вариантов. Во-вторых, фундулюсы — территориальные рыбы и не склонны к миграциям, благодаря чему их гены, адаптировавшиеся к загрязнению, не смешиваются с генами обычных рыб.

Недавно ученые показали, что загрязнение окружающей среды уже достигло даже дна Марианской впадины: в организмах ракообразных, живущих на глубине около 10 тысяч метров, нашли следы органических загрязнителей, синтезированных людьми.

Софья Долотовская