Примерно 12 тысяч лет назад исходно морские колюшки перешли к жизни в реках и озерах, где столкнулись с новыми паразитами — ленточными червями. Для борьбы с ними разные популяции рыб избрали различные стратегии, в том числе образование огромного рубца.
Некогда предки современной трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus обитали исключительно в морской воде. Однако примерно 12 тысяч лет назад они начали также осваивать пресноводные экосистемы — главным образом озера на севере Америки и Евразии. Смена места жительства сопровождалась трудностями: ко всему прочему рыб начали заражать ленточные черви Schistocephalus solidus. Это очень крупный паразит, вес которого достигает трети от веса самой рыбы.
Некоторые популяции колюшки вскоре развили особый защитный механизм. При попадании в организм червя у рыбы начинается резкий иммунный ответ, в результате чего вокруг него возникает рубец, изолирующий паразита и препятствующий его дальнейшему росту. В то же время колюшки из других популяций не реагировали на заражение настолько резко: у них рубцовой ткани образуется немного или не образуется вовсе.
И те, и другие популяции живут по соседству, порой всего в нескольких километрах друг от друга, так что биологи долгое время не могли понять, почему они столь сильно отличаются по этому признаку.
«Мы наблюдаем это на Аляске, в Британской Колумбии. Наши коллеги заметили это в Скандинавии», — рассказал Дэн Болник (Dan Bolnick) из Университета Коннектикута (США), один из авторов новой статьи в лидирующем научном журнале Science.
Биологи решили основательно разобраться с этим вопросом на примере Gasterosteus aculeatus из двух озер, расположенных на острове Ванкувер (Канада).
Населяющие два водоема популяции чрезвычайно похожи, за исключением того, что в одной рыбы отвечают на заражение червем сильным рубцеванием, а для другой это нехарактерно. А еще самки из первого озера гораздо хуже размножаются — видимо, им мешает огромный рубец в брюхе.
Исследователи заинтересовались, какие гены связаны с таким различием. Однако, если бы они просто сравнивали последовательности ДНК двух популяций, то, скорее всего, им пришлось бы иметь дело с огромным множеством генов, не имеющих отношения к рубцеванию. Поэтому ученые поступили иначе.
Для начала они выловили и скрестили колюшек из двух разных озер — полученное потомство оказалось вполне однообразно. После этого ученые провели еще один раунд скрещиваний и получили гибридов второго поколения — «внуков» диких рыб. Они уже имели множество сочетаний генов и демонстрировали разнообразие признаков.
Именно второе поколение гибридов ученые заразили ленточными червями. Спустя определенное время у колюшек оценили размер рубцовой ткани, а заодно активность генов.
Авторам удалось ограничить круг генов, ответственных за реакцию на паразита. Среди наиболее активных оказался тот ген, что регулирует образование рубцов у лабораторной мыши. Это может показаться странным, но в действительности иммунная система всех позвоночных работает схожим образом, а формированием рубцовой ткани управляет именно иммунный ответ.
Оказалось, у колюшек со слабым рубцеванием данный ген недавно мутировал. Авторы считают, что это связано с естественным отбором, который отдавал предпочтение рыбам, способным просто «терпеть» паразита, а не изолировать его рубцом.
Значение новой статьи не ограничивается колюшкой и вообще рыбами. В действительности она посвящена взаимодействиям паразита и хозяина, а также иммунитету животных.
«Это одна из тех редких статей, которая создавалась одновременно в природе и в лаборатории и показала, насколько дорого порой может стоить приспособление вида к паразиту», — подвел итог профессор Болник.
Автор: Михаил Орлов