Генетические изменения у трехиглой колюшки (лат. Gasterosteus aculeatus), вызванные сезонными изменениями, могут помочь ученым предсказать, как определенные виды будут адаптироваться к новым условиям.
Изменение климата усугубляет такие проблемы, как потеря среды обитания и колебания температуры, которые уже поставили многие виды животных на край пропасти. Но могут ли ученые предсказать, какие животные смогут адаптироваться и выжить? Используя секвенирование генома, исследователи из Университета Макгилла показывают, что некоторые рыбы, такие как трехиглая колюшка, могут очень быстро адаптироваться к экстремальным сезонным изменениям. Их выводы могут помочь ученым прогнозировать эволюционное будущее этих популяций.
Колюшки, популярные среди экологов-эволюционистов, известны своими разными формами, размерами и поведением - они могут даже жить как в морской, так и в пресной воде и в широком диапазоне температур. Но что делает этот вид таким устойчивым?
Определение генетической основы адаптации, например, к пресной воде или в ответ на изменение климата, может быть сложной задачей. «Современная версия дарвиновской идеи эволюции путем естественного отбора утверждает, что организмы с генами, способствующими выживанию и воспроизводству, будут иметь тенденцию оставлять больше потомства, чем их сверстники, в результате чего частота генов увеличивается из поколения в поколение. В результате со временем популяции адаптируются или становятся лучше приспособленными к своей среде», - говорит ведущий автор исследования Алан Гарсия-Эльфринг, из Университете Макгилла.
«Однако этот процесс обычно изучается ретроспективно на популяциях, которые давно адаптировались к своей нынешней среде. Это может затруднить понимание последовательности событий - например, какие черты были наиболее важными и когда - которые привели к их адаптации », - добавляет он.
Трёхиглая колюшка (лат. Gasterosteus aculeatus) — вид пресноводных лучепёрых рыб. Фото: Rowan Barrett
Чтобы изучить естественный отбор в действии, исследователи с помощью секвенирования генома отслеживали шесть популяций трехиглой колюшки до и после сезонных изменений окружающей среды. Колюшка, обитающая в разных устьях рек прибрежной Калифорнии, дает редкую возможность изучить естественный отбор в режиме реального времени. Сезонные изменения, вызванные влажной зимой и засушливым летом, приводят к резким сдвигам в структуре среды обитания и соотношению солей и пресной воды, и только те рыбы, которые способны переносить эти быстрые изменения, доживают до следующего сезона.
Устья рек периодически изолированы от океана из-за образования песчаной косы в засушливые летние месяцы. «Эти изменения, вероятно, напоминают изменения среды обитания, которые испытали популяции колюшки, когда они колонизировали многие недавно образовавшиеся пресноводные озера из океана после того, как ледники отступили 10 000 лет назад», - говорит профессор Роуэн Барретт. «Мы надеемся получить представление о генетических изменениях, которые могли быть результатом естественного отбора в далеком прошлом».
Примечательно, что исследователи обнаружили доказательства генетических изменений, вызванных сезонными сдвигами в среде обитания, которые отражают различия, обнаруженные между давно существующими популяциями пресноводных и соленых водоемов. «Эти генетические изменения произошли в независимых популяциях в течение одного сезона, что подчеркивает, насколько быстро могут быть обнаружены эффекты естественного отбора», - говорит Алан Гарсия-Эльфринг.
«Результаты важны, потому что они предполагают, что мы можем использовать генетические различия, которые возникли в прошлом, как способ предсказать, как популяции могут адаптироваться к стрессовым факторам окружающей среды, таким как изменение климата, в будущем», - говорит он.
Устье Санта-Крус. Фото: Andrew Hendry
Исследование подчеркивает важность изучения видов в динамичных средах, таких как устья рек с песчаными косами, для лучшего понимания того, как работает естественный отбор. В дальнейших исследованиях они планируют выяснить, насколько повторяемы наблюдаемые генетические сдвиги, проверяя, проявляются ли они год за годом. Это продемонстрирует их способность надежно прогнозировать эволюционное будущее этих популяций.
Исследование было опубликовано в журнале Molecular Ecology.
Источник: Scitechdaily
