Учёные любят раскрывать тайны эволюции. Потому что она не прекращает удивлять нас своей изобретательностью…
Сегодня мы поговорим об очень важной, на мой взгляд, теме – адаптации рыб к условиям абсолютно тёмных пещер. Ведь совершенно очевидно, что анализ механизмов, которые живые существа используют для приспособления к подобным условиям, вполне может пригодиться будущим исследователям подповерхностных океанов спутников планет-гигантов. Ведь совершенно не исключено, что человечество рано или поздно будет вынуждено покинуть Землю и начнёт осваивать дальние рубежи Солнечной системы. Это может произойти после того, как наше Солнце начнёт расширяться и, возможно, поглотит Землю.
И тогда там, в мрачных глубинах чужих океанов, мы возможно столкнёмся с невиданными нами доселе живыми существами.
Итак, поехали.
Без глаз
Частым следствием обитания живых существ в тёмных пещерах является потеря зрения. Поскольку из-за отсутствия света использование ресурсов для поддержания такой дорогостоящей системы, как зрение, может стать для обитателей этих мест очень накладным. В данном случае мы видим наглядный пример регрессивной эволюции.
Согласитесь, классическое представление обычного человека об эволюции таково – это процесс приобретения новых характеристик, позволяющих видам адаптироваться к изменениям окружающей среды. Однако бывают случаи, когда лучшей стратегией выживания является потеря определённой ненужной и расходующей попусту ресурсы черты. В данном случае – зрения.
Эволюцию не следует понимать как управляемый процесс, настроенный кем-то для достижения какой-то цели, поскольку живые существа развиваются путём случайных мутаций в их генетическом материале. Эти мутации могут иметь положительный эффект, позволяющий лучше выживать в определённых условиях, или отрицательный или нейтральный эффект. То есть тот факт, что рыба не использует глаза, не приведёт к тому, что её потомство родится уже без глаз.
Но рыбы без глаз существуют. Например, рыбы рода Sinocyclocheilus обитают в пресноводных пещерах, расположенных в Китае. Миллионы лет эволюции в абсолютной темноте привели к тому, что эти рыбы утратили способность видеть. А некоторые из них вообще лишились глаз. Однако этот процесс обратим с вероятностью сто процентов. Если в генах, контролирующих развитие глаз, произойдут изменения, и эти изменения окажутся полезными для рыб, которые их несут, они в конечном итоге снова смогут видеть. Через миллион лет или около того.
А зачем это надо?
Однако у моего пытливого читателя может возникнуть справедливый вопрос: а действительно ли отсутствие глаз выгодно пещерным рыбам?
В настоящее время считается, что полная слепота на самом деле, конечно, не полезна. Однако её развитие сопровождается другими полезными изменениями. Этот эволюционный процесс известен как плейотропия, в ходе него мутация происходит в гене, влияющем на различные физические характеристики. Причём некоторые из этих изменений очень полезны, а другие, хотя и не дают никаких преимуществ, но и не являются нежелательными.
Например, у пещерных рыб мутация, влияющая на развитие глаз, сопровождается улучшением обоняния. Эти рыбы обитают в местах, где потеря зрения не оказывает на них негативного влияния, но лучшее обоняние может быть действительно полезным для выживания в таких условиях.
Однако даже если более хорошее обоняние выгодно рыбе, обитающей в обычной реке, потеря зрения будет для неё очень нежелательна. И она, вероятно, не сможет передать это свойство своему потомству.
Итак, мы узнали, почему пещерные рыбы слепы. И сейчас может возникнуть другой вопрос: как тогда все эти ваши слепые рыбы ориентируются, находят пищу и выживают, не имея без зрения?
Боковая линия
Вспомните, как Вы идёте ночью в туалет. Не включая свет, чтобы не привлекать внимание санитаров (шутка) родных и близких, осторожно, по стеночке, стараясь не наступить на кота или не удариться мизинцем об какой-нибудь угол.
Так вот. Рыбы «придумали» аналогичный механизм. Когда они двигаются, они используют стены пещеры в качестве ориентира.
Для этого у рыб есть специальный орган, предназначенный для решения этой задачи. Он называется «боковая линия». Это сенсорная система, позволяющая улавливать движения и колебания воды, помогая рыбам ориентироваться благодаря специальным рецепторным органам, называемым невромастами. Все невромасты состоят из волосковых клеток, чувствительных к движению. Содержащиеся в них реснички посылают сенсорную информацию в мозг по нервам.
Эта система, кстати позже эволюционировала, чтобы приспособиться к наземной жизни. И дала начало развитию органов слуха и равновесия у наземных позвоночных.
Невромасты
Эта система является общей для рыб и многих водных животных. Однако избирательное эволюционное давление, которое испытывают обитатели пещер, повлияло на развитие специфических особенностей их боковой линии. И именно это обстоятельство позволило пещерным рыбам научиться обходиться без зрения.
Например, некоторые мексиканские пещерные рыбы, Astyanax mexicanus, имеют очень крупные невромасты. И расположены они асимметрично на голове.
Учёные из Университета Гуанси, расположенного в городе Наньнине, Китай, недавно провели одну очень интересную работу. Они проанализировали невромасты 26 видов пещерных рыб. И результаты этого исследования оказались весьма любопытными. Виды рыб без глаз или с «микроглазами» показали большую асимметрию в распределении невромастов, чем рыбы с нормальными глазами. Кроме того, это коррелировало и с поведением рыб. Учёные изучили модели плавания рыб с разными степенями нарушения зрения. И выяснили, что безглазые рыбы стремятся подплыть ближе к стене, используя ту сторону тела, где было больше всего невромастов. Это асимметричное распределение развилось независимо у разных, неродственных видов пещерных рыб.
Это говорит о том, что, плывя близко к стене, рыба получает информацию о своём пространственном положении.
Конвергентная эволюция
Именно так работает конвергентная эволюция: никак эволюционно не связанные виды (в локальных временных границах, конечно) в конечном итоге следуют одной и той же эволюционной стратегии перед лицом одного и того же фактора естественного отбора.
Другими примерами такого эволюционного механизма могут быть защитные механизмы броненосца и панголина. Или способность к полету у птиц, летучих мышей и насекомых.
Тайны эволюции. Заключение
Очевидно, что мы далеко продвинулись в своих знаниях об эволюции жизни. Однако она по-прежнему скрывает от нас много тайн. Чтобы их разгадать, очень полезным может оказаться дальнейшее исследование адаптации жизни к экстремальным условиям.
Как Вы думаете, какие органы чувств могут развиться у обитателей океана Энцелада?
