Пещеры скрывали этот секрет миллионы лет — теперь его расшифровали в генах

Пещерные рыбы США — амблиопсисы — наглядно демонстрируют, как эволюция может идти разными путями, приводя к похожим результатам. Эти крошечные, лишённые окраски и зрения обитатели подземных рек и озёр развивали слепоту независимо друг от друга, а их история насчитывает более 11 миллионов лет. Новое исследование Йельского университета не только раскрывает детали их происхождения, но и помогает по-новому взглянуть на проблемы человеческих глазных заболеваний.

Рыбы, живущие во тьме

Амблиопсисы принадлежат к древнему отряду Percopsiformes и встречаются исключительно на востоке США. Все виды пещерных рыб схожи внешне: вытянутое тело, плоский череп, редуцированные брюшные плавники. Их ближайшая "поверхностная" родственница — болотная рыба (Chologaster cornuta) — сохранила зрение и окраску, но тоже имеет схожее телосложение. Учёные считают, что общий предок амблиопсид уже был частично приспособлен к жизни в условиях слабого освещения.

Когда рыбы потеряли зрение

Чтобы определить возраст слепоты у амблиопсид, исследователи изучили 88 генов, связанных со зрением. Они выявили мутации, приводившие к постепенной деградации глаз, и использовали их как "мутационные часы".

• У пещерной рыбы Озарк (Troglichthys rosae) утрата функциональных генов зрения началась примерно 11 миллионов лет назад.
• У других видов процесс происходил позже — от 342 тысяч до 8,7 миллионов лет назад.

Эти данные показывают, что рыбы несколько раз независимо заселяли пещеры и адаптировались к ним, каждый раз теряя зрение и пигментацию.

Датировка пещер через геномику

Традиционные методы геохронологии плохо работают с пещерами старше 3-5 миллионов лет. Новый подход, основанный на анализе генов пещерных рыб, позволяет устанавливать минимальный возраст подземных экосистем.

"Определение возраста популяций пещерных рыб позволяет нам сделать вывод о минимальном возрасте пещер, в которых они обитают", — сказал соавтор исследования из Йельского университета Чейз Браунштейн.

Таким образом, некоторые пещеры на востоке США оказались старше 11 миллионов лет — гораздо древнее, чем предполагали геологи.

Эволюция и медицина

Особый интерес вызывает сходство мутаций у пещерных рыб и у людей с наследственными болезнями глаз.

"Ряд мутаций, которые мы наблюдаем в геномах пещерных рыб и которые приводят к дегенерации глаз, схожи с мутациями, вызывающими глазные заболевания у людей", — отметил профессор Йельского университета Томас Нир.

Учёные полагают, что изучение эволюционной слепоты у рыб поможет лучше понять механизмы развития болезней зрения у человека и, возможно, проложит путь к новым методам терапии.

Независимые пути эволюции

Реконструкция эволюционного древа показала: минимум четыре линии амблиопсид независимо друг от друга приспособились к жизни в темноте. Несмотря на схожий облик и поведение, у них разный набор мутаций, приведших к утрате зрения. Это редкий случай конвергентной эволюции, когда разные виды приходят к одинаковым результатам разными путями.

Уточнения

Пеще́ра — полость естественного происхождения, находящаяся в верхней части земной коры, связанная с поверхностью одним (или несколькими) входными отверстиями.