В эксперименте, впервые отслеживающем эволюцию в течение 25 поколений, учёные обнаружили, что морские копеподы — крошечные ракообразные, находящиеся в центре океанической пищевой сети, — используют малоизвестный биологический инструментарий для выживания в условиях изменения климата.
Исследование, опубликованное 15 июля 2025 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что не только генетические изменения (постоянные изменения ДНК) помогают этим животным адаптироваться к потеплению и подкислению океана. Немаловажную роль играют и эпигенетические изменения (временные химические модификации частей ДНК).
Открытие двухуровневой стратегии выживания
Исследователи обнаружили, что два механизма работают независимо, но согласованно, предлагая то, что они называют «двусторонней стратегией» для долгосрочной устойчивости.
«Это история о молекулярной надежде перед лицом быстро меняющейся планеты», — сказала старший автор Мелисса Песпени, доцент кафедры биологии Университета Вермонта. «Мы обнаружили, что эволюция использует не один инструментарий, а два — и они дополняют друг друга».
До сих пор лишь немногие исследования отслеживали генетические и эпигенетические изменения одновременно в течение многих поколений. Этот эксперимент — один из первых, кто сделал это в рамках долгосрочного исследования эволюции, предлагая одни из самых убедительных доказательств того, что эпигенетические изменения могут помочь популяциям выжить и, возможно, даже позволить будущую генетическую адаптацию.
Роль копеподов в экосистеме
Копеподы могут быть более устойчивыми к стрессам потепления океана, чем предсказывали учёные. Это может быть хорошей новостью для многих видов рыб, которые питаются копеподами в качестве основной добычи, а также для других существ, включая человека, которые едят рыбу.
Для проведения этого исследования Песпени и её коллеги из Центра океанических исследований GEOMAR Гельмгольца в Германии и из Университета Коннектикута выращивали популяции Acartia tonsa — основного вида морских копеподов — в тщательно контролируемых лабораторных условиях. Некоторые ёмкости были нагреты, другие подкислены, а некоторые испытали и то, и другое. В течение года эти быстро размножающиеся животные прошли через 25 поколений.
Команда измеряла их реакцию не только на уровне организма (количество отложенных яиц, их термостойкость, скорость развития и выживаемость), но и на молекулярном уровне. Используя современные методы секвенирования, исследователи сопоставили изменения в геноме животных (генетическая адаптация), эпигеноме (молекулярные маркеры, влияющие на экспрессию генов) и транскриптоме (какие гены были включены и выключены).
Они обнаружили поразительные и последовательные эпигенетические и генетические изменения в группах лечения, но, что удивительно, эти изменения происходили в разных регионах генома.
«Это действительно мощно», — сказала Песпени. «Это показывает, что эпигенетическая вариативность не просто сопровождала генетическую вариативность. Это независимые механизмы, которые организм использует для выживания».
В генетике вариативность обеспечивает сырьё для эволюции. Популяции с большей генетической вариативностью, как правило, лучше подготовлены к реагированию на изменения окружающей среды. Но что происходит, когда генетическая вариативность снижается или изменения происходят слишком быстро, чтобы медленные генетические мутации могли за ними угнаться?
Именно здесь на помощь приходит эпигенетика. «Эпигенетические изменения могут происходить в течение жизни человека и не требуют новой мутации, — сказала Песпени. — Они обратимы и быстры». Именно то, что нужно копеподу, когда он сталкивается с жарой или резким повышением кислотности океана.
Исследование показало, что в регионах генома копепода с высокой эпигенетической дивергенцией — например, при сдвигах в метилировании — генетическая дивергенция была в два-два с половиной раза ниже, что позволяет предположить, что эти механизмы могут подавлять друг друга или нацеливаться на разные функции. Но оба типа изменений имели значение.
Эпигенетическая дивергенция была особенно сосредоточена в генах, участвующих в стрессовых реакциях и регуляции мобильных элементов — фрагментов «прыгающей» ДНК, которые могут перетасовывать геном. И что важно, эти эпигенетические изменения коррелировали с изменениями в экспрессии генов, напрямую формируя функции организма.
«Вместе эти результаты показывают, что генетическая и эпигенетическая вариативность не являются избыточными, — объяснила Песпени. — Это динамичный дуэт эволюции — два независимых инструментария для организмов, сталкивающихся с быстрыми глобальными изменениями».
Результаты исследования имеют глубокие последствия для понимания учёными эволюции и устойчивости в антропоцене. «Эпигенетика — это не просто побочная заметка в биологии, — сказала Песпени. — Это важно. Мы не переписываем Дарвина, но расширяем современный синтез, чтобы включить этого игрока».
Крошечные копеподы, такие как Acartia tonsa, играют огромную роль в океанической экосистеме и глобальном углеродном цикле. Они составляют основу морской пищевой сети, поддерживая рыб, китов и морских птиц. Они также помогают циркулировать питательные вещества и углерод в океане.
«Без копеподов у вас не будет рыбы, у вас не будет китов, у вас не будет той океанической системы, которую мы знаем, — сказала Песпени. — И они, возможно, являются самыми многочисленными животными на Земле».
Тот факт, что копеподы могут выживать и быстро адаптироваться в течение нескольких поколений, например, во время короткой интенсивной жары, может иметь долгосрочное значение для сохранения биоразнообразия и функционирования экосистемы в условиях потепления.
«Позволяя организму выжить в течение нескольких дополнительных поколений во время стрессового события, можно сохранить генетическое разнообразие и выиграть время для долгосрочной адаптации», — сказала Песпени.
Это исследование может вселить новый оптимизм в мрачную историю глобальных изменений. Хотя генетическое разнообразие долгое время считалось источником эволюционного потенциала, это исследование показывает, что эпигенетическое разнообразие может предложить скрытый резерв силы — тот, который можно быстро, гибко и многократно задействовать.
«И это важно, — говорит Песпени, — потому что это показывает, что эти организмы могут быть более устойчивыми, чем предполагалось ранее».
Предоставлено Университетом Вермонта.
Другие новости по теме
- Основатель Telegram Павел Дуров оставил состояние в 14 миллиардов долларов, которое будет разделено между более чем 100 детьми — каждый получит по 132 миллиона долларов
- Исследователи ищут ранние индикаторы вредоносных цветений водорослей через изучение микробных взаимодействий
- Исследователи обнаружили новые применения терапии магнитным полем для здоровья мышц и обмена веществ
- CRISPR и глубокое обучение помогают выявить сотни белков человека, влияющих на заражение вирусом Эбола
- Ископаемый позвонок раскрывает скрытое разнообразие древних рептилий перед крупнейшим массовым вымиранием на Земле
- Учёные считают, что череп ребёнка, которому 140 тысяч лет, может окончательно доказать факт гибридизации человека и неандертальца
- Предписанное сжигание угрожает выживанию сцинков и других диких животных
- Исследование предполагает, что данные могут скрывать снижение численности стальноголового лосося в Британской Колумбии
- От регистрации до «бума рождаемости»: «отели» для морских коньков оживляют подводную жизнь Сиднея
- Потеря лугов и распространение древесных растений приводят к сокращению популяции золотогорлого попугая
Другие новости на сайте
- На Марсе ледники состоят более чем на 80% из чистого льда, показало исследование
- Биткоин-кит 2011 года проснулся спустя 14 лет и переместил $470 млн — но почему именно сейчас?
- 🚨 Microsoft готовится представить новые игры для PS5 и Switch 2 в ближайшие недели! 🎮
- Модель искусственного интеллекта быстро оценивает ущерб от наводнений с помощью спутниковых снимков
- Международный стандартный язык для объединения лабораторий синтетической биологии
- Генеральный директор Koenigsegg: «BMW M1 — одна из моих любимых машин»
- Новый метод упрощает анализ сложных квантовых систем с сильными взаимодействиями
- Новый метод упрощает анализ сложных квантовых систем с сильными взаимодействиями
- Космический телескоп JWST обнаружил скрытые чёрные дыры, поглощающие звёзды в пыльных галактиках
- Загадочная спираль: новые детали в изображении с телескопа Уэбба