Во многих водоемах земли обитает рыба трехигловая колюшка. Встретить ее можно и в нашем Черном море. Но интересна на не только своим обширным ареалом, а еще способностью быстро подстраиваться под соленость воды. Причем, изменения идут на генетическом уровне и по сути, это ускоренная форма эволюции. Подобного рода метаморфозы за миллионы лет случались уже тысячи раз.
Майкл Белл, научный сотрудник Музея палеонтологии Калифорнийского университета в Калифорнийском университете в Беркли, наткнулся на один такой естественный эксперимент в 1990 году на Аляске и с тех пор изучает физические изменения, которым подвергаются эти рыбы в процессе эволюции, и генетические основы их развития. Он даже провел свои собственные эксперименты, заселив три озера Аляски морской колюшкой в 2009, 2011 и 2019 годах, чтобы проследить их эволюцию от океанических рыб до пресноводных озерных. Этот процесс происходит в течение десятилетий, в отличие от медленной эволюции, про которую писал Чарльз Дарвин.
Результатом тридцатилетнего исследования стала статья, опубликованная 18 июня в журнале Science Advances в ней подробно описаны геномные изменения, которые приводят к быстрой эволюции колюшки. Исследование, проведенное Беллом, Кришной Вирамой из Университета Стоуни-Брук и Дэвидом Кингсли из Стэнфордского университета, проливает свет на то, какие генетические изменения могут лежать в основе эволюционной реакции на естественный отбор у других видов.
«Наша статья определяет конкретные генетические варианты - последовательности ДНК - которые встречаются с низкой частотой в морских популяциях трехиглой колюшки и развивается естественным отбором, когда они колонизируют пресную воду,» - сказал Белл.
Белл и его коллеги ежегодно собирали Gasterosteus aculeatus из трех озер Аляски и проводили полное секвенирование генома, чтобы отслеживать, как их ДНК эволюционировала во время адаптации к пресной воде. Они обнаружили сотни основных геномных изменений, которые легли в основу их быстрой адаптации.
«Мы показали, что геномные особенности, которые были определены как важные для быстрой эволюции колюшки, лежат в основе адаптации у остальных видов в целом», - сказал Вирама.
«Старые гены крупнее молодых, и более крупные и старые гены, как правило, развиваются быстрее, чем более молодые и мелкие», - сказал Белл, который 40 лет преподавал и проводил исследования в Университете Стоуни-Брук перед тем, как уйти на пенсию в Калифорнию. «Мы выявили аналогичные тенденции у других видов».
Хотя предсказуемость эволюции не является точной наукой, авторы полагают, что их понимание того, как колюшка заселяет пресную воду, дает важное понимание геномики эволюции позвоночных и дает представление о том, как эволюция может протекать в масштабах всего вида в будущем.
Белл увлекся колюшкой сразу после первого курса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, когда собирал окаменелости колюшки в Неваде. Он написал докторскую диссертацию в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе об эволюции рыбы и с тех пор изучает ископаемых и живых колюшек. Именно поездка в бухту Кука на Аляске в 1990 году привела к появлению нынешней статьи.
«Я наткнулся на 35-летнюю популяцию в озере Лоберг во время отбора проб для другого исследования в 1990 году. Это была случайность, но я осознал, что должна происходить быстрая эволюция, поэтому я наблюдал за ним в следующем году и каждый последующий год», - сообщил ученый.