Тропические рыбки адаптировались к токсинам за полвека

Обыкновенный фундулюс (Fundulus heteroclitus) — тропическая рыба, которая обитает в соленой и пресной воде вдоль восточного побережья США. Некоторые из этих участков сильно загрязнены индустриальными отходами, причем их содержание в воде часто достигает летального уровня. Несмотря на токсины, многие популяции фундулюса продолжают жить в таких водоемах.

Чтобы выяснить, какие генетические изменения позволяют рыбам адаптироваться, ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе и других учреждений секвенировали геном 384 особей из четырех загрязненных и четырех чистых водоемов. Также авторы секвенировали их транскриптомы (совокупности РНК, образующиеся в результате экспрессии ДНК или генов).

Результаты показали, что геном рыб из загрязненных водоемов содержит сотни изменений, связанных с толерантностью к токсинам. Многие из них были сосредоточены в генах сигнального пути арил-гидрокарбонового (AHR) рецептора. Известно, что в норме этот рецептор выполняет различные функции, одна из которых — защита от, в том числе, ароматических соединений.

Затем авторы выращивали приспособленных и неприспособленных к загрязнению рыб в чистой воде и добавляли в нее токсические соединения. Выяснилось, что у «обычных» особей в ответ активировалось множество генов AHR-пути, однако у приспособленных такая реакция не наблюдалась. По мнению ученых, «отключение» AHR-пути позволяет рыбам избежать нарушений развития.

Вместе с тем у приспособленных рыб фиксировались генетические изменения в других сигнальных путях, компенсирующих «отключение» AHR. Защиту от токсинов в их случае также взяли на себя другие молекулярные каскады. Примечательно, что у рыб из разных популяций это «отключение» произошло за счет специфических мутаций. Устойчивости к токсинам они достигли разными путями.

Наиболее удивительной стала скорость, с которой мутации произошли. Загрязнение водоемов, в которых сейчас обитает фундулюс, началось только в 1950-х годах, поэтому все указанные изменения возникли за несколько десятков поколений. Авторы предполагают, что причиной тому послужили изначально высокий уровень генетического разнообразия и «изоляция» рыб от других видов.