Коммерческий вылов ускорил эволюцию промысловых рыб

Исследователи выявили генетические изменения во время быстрой эволюции промысловых рыб, которая происходит под давлением человека, рассказывается в Science. В качестве модельных животных ученые использовали геномы атлантических менидий, которые в условиях селекции вырастают или уменьшаются в размере за пять поколений. Оказалось, что у животных меняется частота аллелей в сотнях не связанных между собой генов, влияющих на скорость роста, а также в блоках связанных генов, играющих роль в адаптации популяции к местным условиям.

Антропогенная активность вызывает эволюционные изменения многих видов. В качестве примера можно привести многие виды промысловых рыб. Из-за интенсивного вылова изменились скорость роста и время размножения многих коммерчески значимых популяций, уменьшая численность животных и препятствуя ее восстановлению. Исследователи показали, что вылов рыбы влияет на экспрессию генов и генетическое разнообразие в популяции, но в целом масштаб изменений пока мало изучен.

«Медленно растущие рыбы будут меньше по размерам и им будет легче не попасться в сети. Поэтому у них больше шансов передать свои гены будущим поколениям. Таким образом промысел рыбы может вызвать быстрые эволюционные изменения в темпах роста и других характеристиках. Мы наблюдаем много признаков таких изменений в диких популяциях, но неизвестно, какими генетическими изменениями они обусловлены», — говорит Нина Теркилдсен (Nina Overgaard Therkildsen) из Корнеллского университета.

Она и ее коллеги продолжили исследование, выполненное в 2002 году биологами из Нью-Йоркского университета. Авторы работы изучали влияние промысла на эволюцию атлантических менидий (Menidia menidia), промыслового вида рыб, которые встречаются у побережья Северной Америки. Исследователи отобрали шесть тысяч рыб, разделили их на шесть популяций по тысяче особей в каждой и искусственно создали условия коммерческого вылова. В двух популяциях они в каждом поколении оставляли по 10 процентов самых больших по размеру рыб (популяции А), в двух других — по 10 процентов самых маленьких особей (популяции Б), а две группы служили контрольными и в них оставляли по 10 процентов животных без учета размера. Исследователи обнаружили, что через пять поколений рыбы из популяций А были в среднем на 25 процентов длиннее, чем особи из популяций В, и весили почти вдвое больше.

Теркилдсен с коллегами исследовали геном замороженных менидий из экспериментов 2002 года. Они собрали геномы 75 особей из начальной популяции и 48-50 животных из пятого поколения в каждой из шести популяций, и исследовали изменения в кодирующих последовательностях ДНК. Для сравнения ученые секвенировали геномы 42-50 особей из четырех диких популяций менидий. Атлантическая менидия обитает в ареале от залива Святого Лаврентия на севере до северо-восточной Флориды на юге. Ареал обитания определяет скорость роста животных: северные популяции рыбок растут быстрее, южные — медленнее. За неимением референсного генома атлантических менидий ученые использовали комплексный транскриптом этих рыб.

Анализ геномов показал, что во всех шести популяциях, участвовавших в экспериментах, уменьшилось генетическое разнообразие. При этом популяциях А и B, в которых особей отбирали по размерам, оно снизилось гораздо сильнее, чем в двух контрольных (p ≤ 0,028). Если раньше исследователи полагали, что генетическое разнообразие промысловых рыб уменьшается из-за эффекта «бутылочного горлышка», то теперь стало понятно, что роль также играет и искусственный отбор по размеру.

Оказалось, что во всех популяциях изменилась частота аллелей (вариантов гена) в сотнях не связанных между собой генов, влияющих на скорость роста. С другой стороны, у некоторых менидий произошел отбор больших блоков генов, которые у других морских видов играют роль в адаптации к местным условиям, например к сливаемым в воду токсичным отходам.

По мнению исследователей, результаты их исследования показывают, что коммерческий вылов влияет на эволюцию промысловых видов рыб. Он может вызывать изменения в геноме, подобные тем, что возникают в разных популяциях одного вида. Теперь у нас появилась возможность обнаруживать такие изменения на генетическом уровне и тем самым лучше понимать скорость, последствия и обратимость подобных изменений.

Ускоренная эволюция у рыб наблюдалась и в других условиях — например, если искусственно выведенных рыб выпустить в дикую природу. Так, зеркальные карпы, оказавшись на воле, за несколько десятков поколений вернули себе чешую. При этом ключевая мутация, ответственная за отсутствие чешуек, у них сохранилась, а чтобы «повернуть эволюцию вспять», они использовали другие гены.

Екатерина Русакова