Антарктические ледяные рыбы перестроили свои черепа, чтобы выиграть эволюционную гонку, показывают 3D-сканы

от

Южный океан в Антарктиде — одно из самых сложных мест на Земле с точки зрения выживания. Его воды опускаются ниже точки замерзания, долгие периоды темноты ограничивают рост и питание, а пищевые сети меняются из-за постоянных климатических колебаний. Тем не менее одна группа рыб — нототениевые, или антарктические ледяные рыбы — не только выжила здесь, но и процветала.

От одного предка десятки миллионов лет назад они эволюционировали в десятки видов. Одни плавают у поверхности, другие бродят по морскому дну, а третьи проносятся по открытой воде.

Новое исследование, проведённое под руководством Университета Райса, [опубликованое](https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503283122) в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает секрет этого успеха: ледяные рыбы реорганизовали свои черепа таким образом, чтобы открыть новые стратегии питания и экологические возможности.

«Модульность звучит абстрактно, но идея проста», — сказал Кори Эванс, доцент кафедры биологических наук в Университете Райса и ведущий автор исследования. «Когда тело разбито на полунезависимые блоки, или модули, эти части могут развиваться самостоятельно. Это даёт больше эволюционных степеней свободы. А в случае с ледяными рыбами это означало, что они могли перенастроить свои стратегии питания, когда Антарктида менялась вокруг них».

Организмы повсюду демонстрируют модульность: клювы птиц эволюционируют независимо от крыльев, а человеческие конечности могут варьироваться без изменения других признаков. Но история ледяных рыб выделяется тем, что они не просто перетасовали существующие модули — они добавили новый.

Используя микро-КТ-сканирование более чем 170 видов рыб, Эванс и его команда построили 3D-карты восьми костей черепа в семействе нототениевых. Их анализ показал, что ледяные рыбы разделили свои ротовые челюсти на верхний и нижний модули, фактически дав черепу новый «инструмент» для работы.

«Это необычно», — сказала Майара П. Невес, бывший научный сотрудник лаборатории Эванса и соавтор-руководитель. «Большинство животных сохраняют количество модулей постоянным. Ледяные рыбы фактически добавили один».

Последствия были драматичными. Освободившись от необходимости двигаться согласованно, верхняя и нижняя челюсти могли адаптироваться независимо. Некоторые виды эволюционировали с раздавливающими челюстями для донной добычи, в то время как другие усовершенствовали всасывающее питание для захвата быстро движущихся целей в открытой воде.

«Разъединив челюсти, нототениевые могли настраивать механизмы всасывания и кусания без перестройки всей головы», — объяснил Эванс.

Эволюционные сдвиги совпали с некоторыми из крупнейших экологических потрясений в Южном океане: началом Антарктического циркумполярного течения, пульсациями оледенения и колебаниями между замёрзшими и оттаявшими условиями.

«Экологические потрясения не только испытывают организмы; они могут изменить, какие черты эволюционируют вместе», — сказал Эванс. «У ледяных рыб эта перестройка, похоже, произошла внутри черепа».

Команда обнаружила, что во времена климатической нестабильности корреляции между костями нарушались. Это разъединение освободило ключевые элементы — например, верхнюю челюсть, важную для всасывающего питания — для более быстрой эволюции.

«Темп развития верхней челюсти выделялся», — сказал Эванс. «Небольшие изменения формы могут изменить способ захвата добычи рыбой».

История началась более 30 миллионов лет назад с одного предка, который дрейфовал на юг из Южной Америки. У него было редкое преимущество: белки-антифризы в крови.

«Представьте, что вы бросили всех тропических рыб Флориды в Аляску в декабре», — сказал Эванс. «Большинство погибло бы. Но у одной рыбы в крови был антифриз, поэтому она выжила. Без конкуренции она превратилась во все эти новые формы».

Для Эванса и его коллег история ледяных рыб — это не только антарктическая биология, но и то, как жизнь адаптируется к изменениям. И поскольку климат продолжает меняться и преобразовывать полюса, это открытие несёт более широкий урок: модульность может быть способом природы подготовиться к неожиданностям.

«Модульность не только сопровождала диверсификацию, — сказал Эванс, — но, вероятно, сделала её возможной в одной из самых суровых сред Земли».

Предоставлено
[Университет Райса](https://phys.org/partners/rice-university/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте