Глубоководные рыбы показывают эволюционные чудеса в экстремальной зоне Земли

Глубокое море, покрывающее около 65% поверхности Земли, долгое время считалось биологической пустыней. В этой экстремальной среде — особенно в зоне хадла на глубинах более 6000 метров — организмы выдерживают огромное давление, превышающее 1 тонну на квадратный сантиметр, близкие к нулю температуры, низкий уровень кислорода и постоянную темноту.

Однако с быстрым развитием технологий глубоководной разведки Китая исследователи обнаружили, что хадальная зона — это не бесплодная бездна, а колыбель эволюционных чудес. Такие существа, как хадальная рыба-улитка, не только выживают в этой экстремальной среде, но и сформировали уникальные экосистемы.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, группа профессора Хэ Шуньпина из Института гидробиологии (IHB) Китайской академии наук (CAS) совместно с исследователями из Института глубоководных наук и техники CAS, Северо-Западного политехнического университета и BGI-Qingdao раскрыли эволюционную историю и генетические механизмы, которые позволяют глубоководным рыбам выживать в самых экстремальных условиях Земли, проливая новый свет на то, как жизнь выживает в таких условиях.

Данное исследование основано на обширном отборе проб, проведенном базовыми судами Tansuo Yihao (Exploration I) и Tansuo Erhao (Exploration II), оснащенными пилотируемыми подводными аппаратами Shenhai Yongshi (Deep-Sea Warrior) и Fendouzhe (Striver) соответственно.

Отбор проб проводился от западной части Тихого океана до центральной части Индийского океана, охватывая разнообразные геологические особенности, такие как желоба, бассейны, зоны разломов и гидротермальные источники. Он охватил почти весь диапазон глубин обитания глубоководных рыб (1218–7730 метров) и дал 11 видов глубоководных рыб из шести основных групп.

Анализируя генетические данные этих глубоководных рыб, исследователи реконструировали их эволюционную историю, показав, как позвоночные покоряли глубоководные районы с помощью различных процессов и механизмов, тем самым изменив наше понимание адаптации к глубоководным условиям.

Благодаря этому процессу исследователи подтвердили вековую гипотезу об эволюции глубоководных рыб, включающую два различных пути. «Древние выжившие» представляют собой линии, которые колонизировали глубоководные районы до массового вымирания мелового периода, в то время как «новые иммигранты» составляют большинство современных глубоководных видов, которые появились после массового вымирания 60 миллионов лет назад. Эта модель двойного пути дает представление о том, как позвоночные адаптировались к глубоководным районам посредством различных эволюционных процессов.

Один из выводов этого исследования поставил под сомнение традиционную гипотезу триметиламин N-оксида (TMAO) глубоководной адаптации. Хотя уровни TMAO увеличиваются с глубиной у рыб, живущих от 0 до 6000 метров ниже уровня моря, эта тенденция не распространяется за пределы 6000 метров.

Исследователи выявили высококонсервативную конвергентную мутацию в гене rtf1 у всех глубоководных рыб, обитающих на глубине более 3000 метров, и обнаружили, что эта мутация повышает эффективность транскрипции, представляя собой недавно открытый генетический механизм адаптации к давлению.

Кроме того, исследователи обнаружили высокие концентрации полихлорированных бифенилов (ПХБ) в тканях печени хадальных улиток из Марианской впадины и бассейна Филиппинского моря. Эти синтетические загрязнители проникли в самые глубокие впадины планеты, что отражает всепроникающее воздействие человеческой деятельности и вызывает обеспокоенность по поводу сохранения глубоководной среды.

Проведенное в рамках Программы исследования глубоководных впадин (Global TREnD), это исследование представляет собой комплексное исследование адаптации глубоководных рыб, охватывающее генетический и экологический уровни. Оно не только раскрывает ключевые механизмы, которые позволяют жизни процветать в экстремальных условиях, но и устанавливает новую междисциплинарную парадигму для изучения адаптации к глубоководным условиям, прокладывая путь для будущих исследований в области биологии, экологии и сохранения глубоководных районов.