Нарушение двусторонней симметрии: необычная форма головы у рыбы и загадка её генов

от

Почти все животные имеют симметричное телосложение. Двусторонняя симметрия почти универсальна для всех животных и нарушается крайне редко — за исключением таких существ, как пятирукие морские звёзды или крабы с одним большим и одним маленьким клешнёй.

Одним из примеров нарушения двусторонней симметрии является рыба цихлида Perissodus microlepis, обитающая в озере Танганьика в Африке. Голова и особенно рот у неё сдвинуты вбок в одном направлении — в зависимости от особи, влево или вправо.

У этих рыб постоянно «кривая голова», которую они используют с выгодой для себя во время охоты.

Аксель Мейер, эволюционный биолог из Констанца, и его команда провели обширный анализ генома, чтобы выяснить, почему так происходит и какие гены за это отвечают. Результаты исследования были опубликованы в Science Advances.

Цихлида P. microlepis питается почти исключительно чешуёй других рыб: она откусывает её у живых особей с боков, атакуя торпедообразно сзади и снизу, и счищает чешую изогнутыми назад зубами.

Предпочитаемое направление атаки цихлиды соответствует её латерально асимметричной форме головы: она предпочитает атаковать жертву либо справа, либо слева, в зависимости от того, в какую сторону повёрнута её голова. В популяции цихлид численное соотношение между «левоголовыми» и «правоголовыми» колеблется каждые четыре-пять лет, но в долгосрочной перспективе остаётся очень стабильным — 50:50.

Первый автор исследования Сяомэн Тянь предлагает правдоподобное объяснение этому: «Если, например, растёт доля левоголовых особей, выжившие жертвы этих атак обращают больше внимания на ту сторону, которая подвергается более частым атакам, так что правоголовые особи в этом случае оказываются в более выгодном положении — и наоборот».

Именно поэтому ни один из вариантов не является постоянно более успешным, чем другой, и соотношение стабилизируется на уровне 50:50. «Это яркий пример редкого частотно-зависимого отбора, при котором более распространённая форма оказывается в невыгодном положении», — объясняет биолог.

Генетическая основа необычной асимметричной формы головы

В ходе комплексного исследования команда Акселя Мейера изучила генетическую загадку нарушенной симметрии. Они изучили 102 цихлиды, провели обширный генетический анализ и выполнили около 1000 микрокомпьютерных томографических анализов каждой рыбы для анализа её морфологии в трёхмерном пространстве. Им удалось идентифицировать 72 области в геноме, которые связаны с развитием асимметричной формы головы.

«Предыдущие исследования предполагали, что полиморфизм у цихлиды Perissodus microlepis основан на простом менделевском признаке с бимодальным распределением. Однако наши исследования показывают, что ситуация на самом деле сложнее: не один единственный ген отвечает за асимметрию, а множество генов, которые разбросаны по всему геному этого вида», — объясняет Аксель Мейер.

Когда решали вопрос о том, что появилось раньше — сдвинутая форма головы или одностороннее предпочтение в охотничьем поведении, это похоже на вопрос о курице и яйце. Первый автор Сяомэн Тянь даёт ответ: «Два, вероятно, развивались вместе и усиливали друг друга», — говорит эволюционный биолог из Констанца.

Предпочитаемое направление атаки, таким образом, является результатом как генетических причин, так и поведенческого опыта. Дальнейшие исследования мозга рыб в лаборатории Констанца показывают, что предпочтительное направление в охоте частично является результатом асимметричной активации генов (экспрессии генов) на левой или правой стороне мозга.

«Наши результаты позволяют предположить, что как морфологическая, так и поведенческая асимметрия имеют измеримый генетический компонент и имеют общую — или связанную — генетическую основу», — подтверждает Аксель Мейер.

«На основании нашего исследования мы пришли к следующему выводу», — резюмирует Сяомэн Тянь. «Во-первых, асимметрия формы головы вызвана не одним геном, но мы идентифицировали 72 области в геноме, каждая из которых вносит измеримый эффект. Во-вторых, одностороннее предпочтение в охотничьем поведении цихлид влияет на асимметричную морфологию их головы через пластичность развития — но гены, в свою очередь, также влияют на поведение рыб. Таким образом, существует взаимодействие между асимметрией формы головы и поведением, оба из которых имеют сильные генетические компоненты».

Предоставлено:
Университет Констанца

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте