Развитие коралловых рифовых рыб различается в зависимости от места их обитания

Фото из открытых источников

Рыбы коралловых рифов прибывают в места своего обитания не полностью развитыми. Рыба-хирург дрейфует в море около 53 дней в виде прозрачной личинки. Затем она оседает на мелководье и восстанавливается за неделю. Новые исследования, проведенные во Французской Полинезии, показывают, что процесс восстановления различается. У рыб, выловленных на мангровых илистых отмелях, уровень гормонов и расход топлива отличаются от рыб, выловленных на близлежащем песчаном пляже. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Разница не генетическая. Сама среда обитания корректирует гормональную систему, которая была общей для позвоночных животных на протяжении сотен миллионов лет. Рыба-хирург Acanthurus triostegus — полосатая рыба, питающаяся водорослями, обитающая в Индо-Тихоокеанском регионе. Полинезийцы называют её манини.

Его трансформация происходит под действием гормонов щитовидной железы. Именно эти гормоны вызывают уменьшение хвоста головастика и изменение метаболизма новорожденного млекопитающего при рождении.

У рифовых рыб они регулируют переход от дрейфующей личинки к рифовой молоди. Группы исследователей из OIST и станции CRIOBE на острове Муреа отлавливали личинки ночью в новолуние. Часть рыб поместили в резервуары, а часть — в садки, установленные в трех естественных местах размножения. В течение первых 12 часов после оседания 4637 генов изменили свою активность.

Наиболее резким был энергетический сдвиг. Личинки сжигают жир, чтобы обеспечить себя энергией на протяжении нескольких недель плавания. Молодые особи используют накопленный сахар для восстановления челюсти и кишечника — именно этот сдвиг лежит в основе увеличения численности рифовых травоядных.

Остров Муреа расположен внутри барьерного рифа длиной 61 километр, и его береговая линия неоднородна. Команда работала в трех местах обитания молоди, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Пляжный камень представляет собой эродированную коралловую плиту, более 60% которой состоит из голого субстрата. Здесь обитает самое богатое сообщество рыб, примерно 117 особей на 50 квадратных метров.

Мангровые заросли на 97% состоят из ила, пронизанного корнями Rhizophora stylosa . Они отличаются самой высокой температурой и наибольшими колебаниями, а также самым низким уровнем pH и растворенного кислорода.

По оценкам, к 2025 году мангровые леса станут убежищем для сотен миллиардов мальков рыб по всему миру. Их химический состав уже меняется по мере потепления климата. Песчаный пляж — самый тонкий вариант: песок, немного макроводорослей, мало подводных структур, мало хищников. На бумаге он выглядит как идеальное место для выращивания молоди. Но выращенная там рыба говорит совсем другое.

Уровень гормонов щитовидной железы у молодых диких особей следовал за средой обитания. Рыбы, обитающие на прибрежных скалах, содержали наибольшее количество Т4 — около 5,7 нанограммов на грамм ткани. Рыбы, обитающие в мангровых зарослях, содержали наименьшее количество — около 1,8.

Показатель численности рыбы на песчаных пляжах оказался где-то посередине, примерно на уровне 3,5. Год спустя команда провела отбор проб на аналогичных участках и получила тот же результат.

Повторный анализ подтверждает, что данная закономерность характерна именно для этих местообитаний, а не для какого-то одного необычного сезона. Контрольный слой оказался более странным, чем остальные уровни.

У рыб, обитающих в мангровых зарослях, щитовидная железа, расположенная выше по течению, оставалась активной, в то время как уровень циркулирующих гормонов оставался низким. У рыб, обитающих на прибрежных скалах, наблюдалась обратная ситуация: центральная сигнализация была тихой, а генная активность – ниже по течению.

Таким образом, к одной и той же стадии можно прийти разными путями, адаптированными к местным условиям, а не заданными для конкретного вида. Профессор Винсент Лаудет, ведущий автор исследования, возглавляет подразделение морской экологии, эволюции и развития в OIST.

«Самое удивительное было то, насколько чутко развитие, по-видимому, реагировало на окружающую среду, не только в течение эволюционного времени, но и на ранних этапах жизни отдельного индивида», — сказал он.

Показатели метаболизма отражали гормональный фон. У молодых мангровых деревьев наблюдалась программа, ориентированная на рост: самый высокий уровень глюкозы в тканях — 2,78 миллиграмма на грамм, самый низкий уровень холестерина — 1,70.

У молодых особей, обитающих на песчаном пляже, наблюдалась противоположная картина. Они расщепляли запасенный гликоген без доступа кислорода, при этом содержание глюкозы было самым низким — 1,49 миллиграмма на грамм, а холестерина — самым высоким — 2,12.

Гены, отвечающие за аппетит, расщепляются аналогичным образом. У мангровых рыб одновременно активируются сигналы, стимулирующие и блокирующие чувство голода, — двойная система, позволяющая быстро адаптироваться.

Рыба, обитающая на песчаном пляже, продемонстрировала, напротив, сдержанный, энергосберегающий профиль. Рыба, обитающая на каменистом пляже, занимала промежуточное положение, как и почти по всем показателям.

Результаты отдельного исследования 80 водорастворимых соединений, проведенного независимой группой, подтвердили полученные данные. Тридцать из них различались у молодых особей с песчаного пляжа и из мангровых зарослей.

Коралловые рифы претерпевают изменения из-за потепления воды, снижения уровня кислорода и утраты среды обитания. Небольшие затраты энергии накапливаются в течение сезона, как показали исследования ночных спадов уровня кислорода.

Гормональная система, считывающая окружающую среду, по сути, является буфером. Она позволяет животным с одинаковыми генами выбирать разные физиологические пути.

«Наше исследование показало, что окружающая среда и развитие гораздо теснее взаимосвязаны, чем мы предполагаем, что поднимает вопрос о том, насколько это позволяет животным адаптироваться к изменениям в окружающей среде», — говорит Лаудет.

Он указывает на то, что выгода заключается в прогнозировании, а не в гарантии того, что гибкие рыбы смогут пережить изменения.

«Выявив один из механизмов, посредством которого информация об окружающей среде влияет на развитие, наша работа может помочь улучшить прогнозы устойчивости видов к глобальным изменениям окружающей среды», — говорит Лаудет.

Более ранние исследования показали, что оседание рифов обусловлено функциями щитовидной железы и подвержено воздействию различных факторов, включая пестицид хлорпирифос . Данное исследование распространяет эту чувствительность на обычные береговые линии.

Данный подход основан на наблюдении на гормональном уровне. Авторы не манипулировали сигнальными путями щитовидной железы напрямую и заявляют, что подобные эксперименты являются следующим шагом в этом направлении.

Лаудет говорит и о том, чего данные не подтверждают. «В нашем исследовании не проверялось, помогает ли гибкость рыбам справляться с ухудшением или изменением условий, поэтому необходимы дальнейшие исследования», — говорит он.

След также обрывается на ранней стадии. «К сожалению, мы не можем распространить наши результаты на взрослых особей», — говорит Лаудет. Манини достигают зрелости через один-два года после захода на риф и перемещаются слишком широко, чтобы за ними можно было следить. «В течение этого времени невозможно за ними следить», — говорит он.

Другие оговорки носят технический характер. Образцы пляжных камней, взятые на восьмой день, были утрачены из-за деградации РНК, а индивидуальная история питания может влиять на гены, отвечающие за аппетит.

Разница в содержании метаболитов между различными местообитаниями также оставалась в пределах двукратного диапазона, хотя аналогичные изменения наблюдались и у других рыб.

В настоящее время группа занимается тем, что Лодет называет ландшафтной транскриптомикой. Она отбирает от пяти до десяти рыб из каждой среды обитания, а затем секвенирует, какие гены активны. Аналогичное исследование на рыбах-дама находится в печати.