Рыбы-убийцы обратились к «древним», чтобы пережить масштабную засуху: как им это удалось
Живя в полузасушливом регионе, африканские бирюзовые рыбы-убийцы (Nothobranchius Furzeri) разработали удивительный биологический способ выживать во время многомесячной засухи, которая ежегодно высушивает их пруды. Долгое время ученые не могли разгадать этот секрет, но теперь им наконец-то удалось пролить свет на эту суперспособность, пишет Science Alert.
В новом исследовании команда ученых из США и Германии обнаружила, что развивающиеся эмбрионы этого вида длинной с большой палец человека попросту перестают расти, чтобы пережить засуху. По сути, после того, как у них формируется мозг и сердце, рыбы попросту впадают в анабиоз, известный как "диапауза", что позволяет им пережить длительные периоды засухи.
Ранее ученые не понимали, как африканским бирюзовым рыбам-убийцам удается провернуть этот трюк, однако теперь их тайна раскрыта. Команда обнаружила, что представители этого вида обращаются к древним генам, скрытым в их геноме, которые возникли более 473 миллионов лет назад. При этом способность впадать в диапаузу рыбы развили лишь сотни миллионов лет спустя после возникновения генов — около 18 миллионов лет назад, когда переместились в эфемерные водоемы.
В ходе исследования ученые проанализировали гены рыб, задействованных во время диапаузы, и обнаружили, что приобретение этого относительно недавнего навыка предполагает "подключение рыбы-убийцы к какому-то очень древнему оборудованию"
По словам соавтора исследования, молекулярного биолога Энн Брюне, несмотря на то, что способность к диапаузе возникла лишь недавно, рыбы использовали гены, развитые сотни миллионов лет назад. Они с коллегами также обнаружили, что большинство генов, специализирующихся на диапаузе, являются очень древними паралогами — то есть, они были продублированы у общего предка всех позвоночных.
Отметим, что паралоги — пары генов, созданные при копировании одного гена в геном либо на той же хромосоме, либо на отдельной хромосоме. Помимо случайных мутаций, эта генетическая дупликация также является одним из основных способов создания новых генов или приобретения новых функций.
В ходе исследования команда обнаружила у рыб дин ген в каждой паре паралогов, который сильно экспрессируется в состоянии диапаузы. То же время его "брат близнец" активируется во время активного роста рыбы. Ученые попытались разобраться откуда у африканских бирюзовых рыб-убийц появилась эта способность и обнаружили, что они сумели "разблокировать часть своего генома", чтобы использовать тысячи древних паралогов — это позволяет им впадать в анабиоз и переживать продолжительные засухи.
Предполагается, что эта активация древних генов привела к сдвигу в липидном обмене, в результате чего эмбрионы во время диапаузы производят больше жирных кислот с очень длинной цепью. По мнению ученых, именно эти жирные кислоты позволяют рыбам-убийцам защитить свой геном от повреждений.
По словам ведущего автора исследования, биоинформатика Парам Прия Сингха, бирюзовые рыбы-убийцы — единственный, известный науке вид позвоночных, способный подвергаться диапаузе на столь позднем этапе развития. Едва ли они способны соперничать с тихоходками, способными выжить в самых экстремальных условиях, однако их способность также кажется поразительной: у них развивающийся мозг и сердце, которое перестает биться в диапаузе, а затем начинает биться снова
Предыдущие исследования также показали, что приостановка в развитии в столь критический момент не влияет на продолжительность жизни полностью развитой взрослой особи. В результате, авторы исследования полагают, что их открытие может стать началом разработки новой стратегии, включая вмешательство на основе липидов, для долгосрочного сохранения тканей и борьбы со старением.