Эволюция за сто лет: как радужная форель превратилась из обитателя океана в озерного жителя⁠⁠

Мы привыкли считать, что эволюция – это длительный процесс, занимающий тысячи, если не миллионы лет. Но есть примеры, когда биологический вид существенно меняется за время, сравнимое с жизнью человека, пусть и очень длинной. Именно так поступила радужная форель, которую в конце XIX в. выловили в океанских водах у берегов Калифорнии и с целью развития рыболовного промысла выпустили в пресноводное озеро Мичиган, одно из американских Великих озер. И рыбе пришлось срочно приспосабливаться к изменению условий обитания

Существует две формы радужной форели (Oncorhynchus mykiss): одна живет в реках, другая – в океане. Последняя большую часть своей жизни проводит в соленой воде, а в реки заходит только на время нереста. Так что рыба, которую «переселили» в озеро Мичиган, в принципе была способна существовать в пресной воде. Но чтобы успешно выживать в такой среде в течение всего жизненного цикла, популяция должна была измениться на генетическом уровне.

Чтобы выяснить, какие адаптации и изменения генома произошли у рыб за истекшую сотню лет, ученые из Университета им. Пердью (США) секвенировали геном 264 особей, выловленных в 1983 и 1998 гг. в озере и у берегов Калифорнии. Океанические экземпляры послужили генетическими аналогами рыб-прародителей озерной форели.

Оказалось, что три области генома современных обитателей озера существенно изменились по сравнению с предковой формой. Две из них связаны с процессами водно-солевого обмена, что закономерно: пресноводные рыбы нуждаются в аккумуляции солей из воды, океанические же, напротив, в их выведении из организма, и в этой работе задействованы разные белки.

Третья область ДНК, отличающаяся у представителей океанической и пресноводной форм радужной форели, имеет отношение к процессу заживления ран. Еще в первой половине прошлого века в озеро Мичиган проникли и прекрасно обжились морские миноги, которые являются наружными паразитами рыб, преимущественно крупных. Жертвы этого паразита-хищника часто умирают от потери крови или инфекции. При этом процессы заживления ран в пресной и соленой воде идут по-разному, так как за счет разницы в осмотическом давлении в пресной воде клетки повреждаются сильнее.

В целом исследователи отметили существенно более низкое генетическое разнообразие у рыб-переселенцев по сравнению с «предковой» популяцией. По сути, мичиганской популяции пришлось пройти через жесткий отбор – так называемое «бутылочное горлышко», при котором выжили и впоследствии размножились лишь очень немногие особи. Правда, между 1983 и 1998 гг., в популяции была отмечена тенденция к движению в обратном направлении и даже диверсификация («расширение ассортимента») генов. Это произошло, по-видимому, за счет скрещивания с особями, которые стали попадать в озеро из рыбоводческих хозяйств.

Эти результаты дают основания считать, что в данном случае основную роль в приспособлении к новым условиям сыграл не мутационный процесс, а отбор особей, у которых уже имелись варианты генов, способствующих нормальному водно-солевому обмену в пресной воде. Очевидно, этот процесс популяционной адаптации произошел сразу после «переселения», а вот изменения комплекса генов, участвующих в заживлении ран, произошли позднее 1936 г., когда в о. Мичиган были впервые зарегистрированы морские миноги.

Известны и другие примеры, когда рыбы меняли морской образ на речной. Подобное произошло с трехиглой колюшкой (Gasterosteus aculeatus), которой пришлось выживать в пресноводных водоемах, образовавшихся после таяния ледников около 10 тыс. лет назад. Примечательно, что разные популяции колюшки, обитавшие в разных географических регионах, претерпевали сходные изменения при адаптации к обитанию в пресноводной воде. В этом смысле американская радужная форель стала тем редким, счастливым случаем, когда эволюционный процесс можно наблюдать буквально в режиме реального времени.

Фото: Радужная форель (Oncorhynchus mykiss). Рис. T. Knepp. Credit: U. S. Fish and Wildlife Service https://pixnio.com