Цунами в Японии привело к появлению гибридных рыб, но они уже почти исчезли

Фото из открытых источников

Одним из менее заметных последствий цунами, по крайней мере для человека, является то, как они могут переносить виды в незнакомые места, например, морских рыб в обычно пресные воды. 

Исследование последствий Великого восточнояпонского землетрясения 2011 года показало, насколько сильно нарушилась генетическая обстановка в пострадавшем районе, а также как быстро восстановились старые видовые границы. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

Новые виды не образуются за одну ночь. Вместо этого происходит медленное расхождение, часто обусловленное географической изоляцией. Родственные виды сохраняют способность к скрещиванию в течение длительного времени, о чем свидетельствует наличие генов неандертальцев и денисовцев в нашей собственной ДНК. 

Деятельность человека часто разрушает географические барьеры между видами, например, перевозка животных с одного острова на другой, где новоприбывшие часто вступают в дружеские отношения с местным населением, производя гибридное потомство. Поскольку это обычно непрерывный процесс, возможности понять, насколько долговременным может быть отдельное событие, встречаются редко.

К счастью, между цунами, особенно такими разрушительными, как то, что обрушилось на Японию в 2011 году, проходят десятилетия или столетия. Это событие объединило морских колюшек Японского моря (Gasterosteus nipponicus) и пресноводных трехиглых колюшек (Gasterosteus aculeatus) — виды, разделенные 680 000 лет назад, — в прудах, образовавшихся после цунами, что стало редким природным экспериментом.

Хотя новообразованные пруды изначально были заполнены морской водой, которая попала туда вместе с G. nipponicus , они расположены в углублениях, выдолбленных силой волн и оседанием грунта, поэтому вода пополнялась дождевой водой. Следовательно, сейчас пруды в основном пресные. 

Хотя G. nipponicus считаются морскими рыбами, часть своей жизни они проводят в пресной воде, поэтому не только выжили в этой новой среде, но и скрещивались с G. aculeatus, принесенными цунами. В 2012 году обследование прудов в центре города Оцути показало, что 38 процентов обитающих там рыб являются гибридами, имеющими как морское, так и пресноводное происхождение.

Однако это событие не ознаменовало рождение нового вида, а доказало, что G. nipponicus плохо себя чувствует без доступа к морю. С каждым годом у последующих поколений колюшек из Оцучи в геноме становилось все меньше и меньше материала nipponicus, пока к 2020 году они не стали генетически практически неотличимы от G. aculeatus, которые никогда не встречались со своими морскими сородичами. 

Гастеростеус обычно размножается ежегодно, поэтому потребовалось 10 поколений, чтобы морские аллели (генные вариации) исчезли. Это намного быстрее, чем можно было бы предположить, исходя из случайного генетического дрейфа.

В некоторых участках генома селективное давление было сильнее, чем в других. Неудивительно, что геномные регионы, связанные с адаптацией к пресной воде, исчезли быстрее, чем другие следы G. nipponicus . К другим областям, которые недолго сохранились, относятся те, которые контролируют миграцию в море, выбор партнера и фертильность или ее отсутствие у гибридных самцов. 

В качестве яркого примера естественного отбора, гибриды, получившие эти части генома от своего родительского вида G. aculeatus, показали лучшие результаты, по крайней мере в репродуктивном плане, чем те, которые получили аллели G. nipponicus.

«В этом исследовании нас ждали два главных сюрприза», — заявили в своем сообщении доктор Такуя Хосоки и доктор Джун Китано из Национального института генетики Японии. «Во-первых, мы не ожидали, что геномные регионы, связанные с основными репродуктивными барьерами, будут так быстро удалены. Во-вторых, нас удивило, что большая часть чужеродного генома продолжала исчезать в последующих поколениях». Другими словами, даже гены G. nipponicus, которые казались бы нейтральными в этих пресноводных средах, не сохранились надолго. 

Контраст с неандертальскими аллелями, сохранившимися в наших геномах на протяжении тысяч поколений, разителен, что поднимает вопросы о том, почему мы не пошли по тому же пути.

«Важный следующий вопрос заключается в том, представляет ли собой это сочетание нескольких сильных репродуктивных барьеров и множества слабых генетических несовместимостей общий механизм, посредством которого сохраняются видовые границы после гибридизации», — продолжили Хосоки и Китано.

Предыдущие исследования случаев естественной гибридизации либо начинались спустя долгое время после события гибридизации, либо проводились на видах с более длительным сроком жизни, что затрудняло отслеживание процесса на протяжении стольких поколений. 

Однако эта работа интересно перекликается с исследованием морских колюшек вида G. aculeatus на Аляске, которые были подняты в результате столь же сильного землетрясения 1964 года в воды, быстро ставшие пресными. В том случае, в течение пятидесяти лет изолированные колюшки генетически отличались от своих морских сородичей.