Геномный анализ показывает, как пещерные рыбы утратили зрение

Маленькие, бесцветные и слепые амбиопсидные пещерные рыбы обитают в подземных водах по всему востоку США. В новом исследовании учёные Йельского университета проливают свет на то, как эти уникальные обитатели пещер эволюционировали, и предлагают уникальный метод датировки подземных экосистем, в которых они живут.

Анализ геномов

При анализе геномов всех известных видов амбиопсидов исследователи обнаружили, что разные виды независимо колонизировали пещерные системы и отдельно развили сходные черты — такие как утрата глаз и пигмента — в процессе адаптации к тёмной пещерной среде.

Их выводы [опубликованы](https://academic.oup.com/mbe/article/doi/10.1093/molbev/msaf185/8222338) в журнале Molecular Biology and Evolution.

Изучая генетические мутации, которые привели к дегенерации глаз у рыб, исследователи разработали своего рода мутационные часы, которые позволили им оценить, когда каждый вид начал терять зрение. Они обнаружили, что гены, связанные со зрением у старейшего вида пещерных рыб — озарской пещерной рыбы (Troglichthys rosae), начали дегенерировать до 11 миллионов лет назад.

Метод датировки

Этот метод обеспечивает минимальную оценку возраста пещер, которые колонизировали рыбы, поскольку пещерные рыбы должны были обитать в подземных водах, когда их зрение начало ухудшаться, говорят исследователи.

«Древние подземные экосистемы восточной Северной Америки очень сложно датировать с помощью традиционных геохронологических методов датировки пещер, которые ненадёжны за пределами верхнего предела примерно в 3–5 миллионов лет», — сказал Чейз Браунштейн, студент Йельской школы искусств и наук, факультета экологии и эволюционной биологии, и соавтор исследования.

Эволюционное дерево

Для исследования исследователи реконструировали эволюционное дерево для амбиопсидов, используя ископаемую летопись, а также геномные данные и сканы высокого разрешения всех живых соответствующих видов.

Все виды пещерных рыб имеют сходное строение, включая удлинённые тела и уплощённые черепа, а их тазовые плавники либо утрачены, либо сильно уменьшены.

Чтобы понять, когда пещерные рыбы начали заселять пещеры — что невозможно определить по ветвям эволюционного дерева — исследователи изучили геномы рыб, изучив 88 генов, связанных со зрением, на наличие мутаций. Анализ показал, что у разных линий пещерных рыб были совершенно разные наборы генетических мутаций, участвующих в потере зрения. Это, по их словам, говорит о том, что отдельные виды колонизировали пещеры и адаптировались к этим подземным экосистемам независимо друг от друга.

Результаты исследования

Исследование показывает, что адаптации к жизни в пещерах происходили между 2,25 и 11,3 миллиона лет назад у озарских пещерных рыб и между 342 000 и 1,7 миллиона лет назад (минимум) и 1,7 и 8,7 миллиона лет назад (максимум) для других линий пещерных рыб.

Выводы подтверждают вывод о том, что по крайней мере четыре линии амбиопсидов независимо колонизировали пещеры после эволюции от наземных предков, говорят исследователи.

Потенциальное значение для здоровья человека

Результаты также указывают на потенциальные последствия для здоровья человека, сказал Томас Нир, профессор экологии и эволюционной биологии в Йельском факультете искусств и наук (FAS) и старший автор исследования.

«Ряд мутаций, которые мы наблюдаем в геномах пещерных рыб и которые приводят к дегенерации глаз, аналогичны мутациям, вызывающим глазные заболевания у людей», — сказал Нир.

Другие соавторы исследования — Ричард К. Харрингтон из Департамента природных ресурсов Южной Каролины, Ева А. Хоффман из Американского музея естественной истории, Майя Ф. Стоукс из Университета штата Флорида и Дидье Казане из Университета Париж-Ситэ.

Предоставлено [Йельским университетом](https://phys.org/partners/yale-university/).

Источник