Ученые выяснили, откуда у рыб появились шипы

Изображение: (сс) Troy Bell
Трофеус красный Молиро
Трофеус красный Молиро
Трофеус красный Молиро

Каким образом у рыб развились шипы и «колючие плавники», считающиеся основным фактором, определяющим разнообразие и эволюционное превосходство среди рыб, выяснили ученые в исследовании, опубликованном 19 мая в журнале PNAS.

Многие виды рыб обладают двумя типами плавников: «обычными» мягкими плавниковыми лучами, которые являются тупыми и гибкими и в основном служат для передвижения, и шипами плавников, которые являются острыми и сильно окостеневшими. Шипы плавников делают рыб менее съедобными, что дает им большое эволюционное преимущество.

Колючие рыбы, насчитывают более 18000 особей и являются самыми распространенными видами.

В исследовании ученые из Университета Констанца показали, как шипы плавников возникли во время эмбрионального развития. Они также объяснили, как шипы могли развиться из наследственных мягких лучей у разных родословных рыб. Исследование проводилось на модельном виде колючей рыбы, цихлиде Astatotilapia burtoni, которая обладает хорошо развитыми мягкими и колючими плавниками.

Вначале ученые определили генетические профили мягких и колючих плавников во время эмбрионального развития. «Из этих первых экспериментов стало ясно, что набор генов, который мы уже знали по развитию плавников и конечностей, по-разному активируется в шипах и мягких лучах», — сказала аспирантка Ребекка Хех.

Эти гены соответствуют так называемым генам главного регулятора и определяют морфологию осевого скелета и скелета конечностей. В плавниках рыб эти гены, по-видимому, обеспечивают генетический код, который определяет, будут ли появляющиеся элементы плавника выглядеть как позвоночник или как мягкий луч.

Затем команда определила генетические пути, которые включают эти главные регуляторные гены и определяют их активность в разных положениях на плавниках. «Важно отметить, что мы смогли рассмотреть роль этих путей, используя химические инструменты, так называемые ингибиторы и активаторы, а также „генные ножницы“ CRISPR/Cas9, и тем самым проверить, как создаются колючие и мягко просвечивающие плавниковые домены во время разработки», — сказал доктор Йост Уолтеринг из Университета Констанца.

Дополнительным наблюдением было то, что у этих рыб изменилась не только морфология плавниковых элементов, но и сопутствующая окраска плавников. «У самцов цихлид на плавниках есть ярко-желтые пятна, но они ограничены мягко просвечиваемой частью. Мы наблюдали, что, когда мягкий луч превратился в позвоночник, плавник также потерял желтые пятна в этом положении», — отметил Уолтеринг.

В итоге ученые пришли к пониманию того, что система рисунка была перераспределена в ходе эволюции шипастого плавника. «На самом деле генетический код, определяющий область плавников, в которой появятся шипы, также активен в плавниках, у которых нет шипов. Это указывает на то, что наследственный генетический паттерн был перераспределен для изготовления шипов», — сказала Хех.

С учетом этого авторы решили исследовать рисунок плавников у сома, группы рыб, члены которой независимо развили шипы в плавниках. Действительно, генетический код, идентифицированный для шипов у цихлиды, соответствовал одному из шипов сома.

Хотя между разными видами колючих рыб существуют некоторые различия, это предполагает существование глубоко законсервированного рисунка плавников, который используется для образования колючек, когда этому способствует эволюционный отбор.