Ученые выяснили, как предки современных морских рыб покоряли океаны
Международная группа под руководством исследователей из IRTA в IBB-UAB и Бергенского университета определила уникальный набор генов, который позволяет морским костистым рыбам увлажнять икру, чтобы она плавала и рассеивалась для выживания в океане. Обнаруженные механизмы проливают новый свет на эволюцию этой группы рыб, к которой принадлежат почти все современные морские рыбы и чьи предки перебрались из пресноводных в соленые.
Ученые из Испании, Италии и Норвегии дают новое представление о том, как у костистых рыб, которые составляют 96% современных морских рыб, развился этот механизм гидратации в новом исследовании, опубликованном в Molecular Biology and Evolution. Они обнаружили группу генов водных каналов, которые существуют только у костистых рыб. Гены позволяют воде течь через клеточные мембраны и специфически экспрессируются во внешних мембранах созревающей яйцеклетки.
Исследование провели Джоан Серда и Родерик Найджел Финн, исследователи Института агропродовольственных исследований и технологий (IRTA) в Испании и Университета Бергена в Норвегии в Институте биотехнологии и биомедицины Автономного университета Барселоны (IBB- ЗАО). В нем также приняли участие исследователи из Института наук дель Мар (ICM-CSIC), Испанского центра геномной регуляции (CRG), Норвежского института морских исследований (IMR) и Университета Падуи, Италия.
Хотя рыбы плавают в море сотни миллионов лет, так было не всегда. Считается, что их предки эволюционировали в пресной воде. Это создало серьезную физиологическую проблему для первопроходцев и их последователей, отважившихся исследовать область соленой воды, поскольку концентрация соли в жидкостях их организма, как и у людей, была намного ниже, чем в морской воде.
Все современные костистые рыбы отражают это состояние и, как и их предки, сталкиваются с обезвоживанием из-за пассивного перемещения воды их тела во внешнюю среду с высоким содержанием соли. В отличие от людей, которые не могут пить морскую воду из-за неспособности наших почек выводить избыток соли, морские костистые рыбы развили эту способность с помощью специализированных клеток в своих жабрах. Однако была важная оговорка. Чтобы полностью завоевать окружающую среду, необходимо там размножаться, но в их одноклеточных яйцах отсутствовала какая-либо система органов молодых и взрослых особей, управляющих морской водой.
Адаптивное решение, реализованное морскими костистыми рыбами, заключается в том, что они увлажняют свои созревающие яйца до того, как у них наступит овуляция, чтобы обеспечить развивающиеся эмбрионы водой жизни. Количество гидратации определяет, будут ли выпущенные яйца тяжелее или легче окружающей морской воды и, следовательно, опустятся ли они на морское дно или всплывут и будут рассеяны в океанах.
Необычный аспект генов, выявленных исследователями, заключается в том, что они представляют собой близкородственные дубликаты, выполняющие одну и ту же функцию. Как правило, когда возникают дубликаты близкородственных генов, один из них может приобретать новую функцию или утрачиваться из-за перекрывающейся избыточности. «В данном случае новые гены выполняют ту же функцию в одной и той же оболочке яйцеклетки», — объясняет Жоан Серда.
Путем скрининга сотен геномов костистых костей исследование показывает, что практически все виды костистых костей, которые производят плавающие яйца, сохраняют исключительно по крайней мере один из генов, а треть из них сохраняет оба гена. Напротив, почти половина видов, которые производят яйца, которые тонут, потеряли оба гена, и почти все виды, которые инкубируют свои яйца внутри, такие как морские коньки, также потеряли оба гена.
Чтобы выяснить, как плавающие яйца используют эти гены, авторы использовали широкий спектр экспериментальных методов в сочетании с современными технологиями секвенирования ДНК, чтобы показать, что белки, полученные из каждого гена, развили специфические механизмы, которые контролируют их встраивание во внешние мембраны. яйца. «Когда такие механизмы активированы, каждый канал связывается с ранее неизвестным типом белка, который удерживает каналы в мембране», — говорит Родерик Найджел Финн. Эти новые белки, обнаруженные исследователями, также встречаются только у костистых рыб.
Удивительной особенностью является то, что у современных морских костистых рыб второй механизм активации заставляет один из каналов перемещаться в другую часть внешней оболочки яйцеклетки. Таким образом, оба канала продолжают выполнять одну и ту же функцию и избегают конкуренции за одно и то же место в мембране. В результате поток воды в созревающую яйцеклетку ускоряется. Процесс завершается, когда высвобождаются новые связывающие белки, в результате чего два канала покидают внешнюю оболочку яйцеклетки. Это блокирует полученную воду внутри яйца.
Механизм гидратации настолько эффективен, что обеспечивает яйца более чем на 90% водой. Выпущенные в морскую среду и оплодотворенные икринки плавают в качестве пассивных пассажиров в океанских течениях и, таким образом, уносятся к новым горизонтам.
