Показать меню
25 май 10:16Политика

Длительное оледенение Байкала в прошлом привело к утрате одного из зрительных белков у живущих в озере бокоплавов

Длительное оледенение Байкала в прошлом привело к утрате одного из зрительных белков у живущих в озере бокоплавов

Изучая зрение байкальских рачков-амфипод, иркутские биологи обнаружили, что все виды, обитающие в озере, в какой-то момент потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков опсинов. По мнению ученых, это могло произойти из-за того, что в прошлом значительная часть Байкала была покрыта толстым слоем льда, что заставило его обитателей адаптироваться к выживанию в сумерках. Статья об исследовании, поддержанном грантом Российского научного фонда, опубликована в журнале BMC Ecology and Evolution, кратко о ее содержании рассказала пресс-служба РНФ.

В Байкале обитает около 350 видов и подвидов рачков из семейства бокоплавов, или амфипод (Amphipoda), у абсолютного большинства из них большие фасеточные глаза. Изначально группа ученых из НИИ биологии Иркутского государственного университета занималась поиском у байкальских амфипод новых зрительных белков опсинов. Эндемичные рачки были выбраны исследователями не случайно. Дело в том, что Байкал — единственное озеро на нашей планете, в котором благодаря насыщенности кислородом толщи воды пресноводные организмы могут обитать на глубинах больше полутора километров. При этом, если в литорали Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то начиная с глубины более 100 метров света практически нет: там всегда стабильная холодная температура и очень темно. 

«На молекулярном уровне за зрение у всех животных, в том числе и у рачков, отвечают зрительные пигменты, состоящие из белков опсинов и их кофакторов — производных витамина A. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение», — поясняет руководитель исследования по гранту РНФ Полина Дроздова, кандидат биологических наук, сотрудник НИИ биологии ИГУ.

Биологи провели анализ нуклеотидных последовательностей опсинов у почти 90 видов амфипод со всего мира. Оказалось, что всего у них встречается лишь два класса опсинов, а внутри класса может быть до пяти разных белков. Такой анализ не позволяет точно оценить их спектральную чувствительность, но по последовательности эти два класса сходны с опсинами, которые чувствительны к средней (голубому цвету) и длинноволновой частям спектра (зеленый, желтый, красный) соответственно.

Здесь важно заметить, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Поэтому ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительностью их приспособления к особым байкальским условиям. Однако выяснилось, что у всех без исключения групп байкальских бокоплавов обнаружены опсины только второго класса и полностью отсутствуют опсины первого. При этом у родственных видов из других водоемов оба класса есть. Это говорит о том, что все виды байкальских амфипод, независимо от происхождения и времени нахождения в Байкале, в силу неких причин разом потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков.

Но на этом потери байкальских рачков не закончились. Второй класс опсинов у амфипод, в свою очередь, тоже делится на два подкласса, и один из них также оказался утерян у всех исследованных глубоководных видов. Более того, установлено, что байкальские бокоплавы, которые регулярно встречаются глубже 200 метров, вообще имеют только один опсин, а значит, они утратили цветное зрение и воспринимают мир черно-белым.

Случаи радикального изменения одного и того же признака в независимо эволюционирующих группах обычно свидетельствуют о резких изменениях условий среды обитания. Чаще всего это масштабные и катастрофические процессы — например, массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. По мнению авторов, именно последнее стало причиной массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, которые когда-то обеспечивали зрение в средневолновом диапазоне спектра. 

Исследования показывают, что в прошлом Байкал неоднократно проходил через периоды как потеплений, так и похолоданий. При этом, по мнению ряда ученых, в отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем.

По всей видимости, в один из таких периодов обитатели Байкала оказались отрезаны от прибрежной зоны из-за промерзания литорали. В периоды оледенений, которые длились не одно столетие, амфиподы были вынуждены находиться в стрессовых условиях и адаптироваться к длительному выживанию в сумерках под внушительным слоем льда. В такой среде цветное зрение, видимо, стало ненужной опцией, и именно первый класс опсинов попал под «оптимизацию». Когда же условия в Байкале вернулись к более теплым и рачки вновь заселили мелководье, восстановить утраченное разнообразие светочувствительных белков было уже невозможно.

Амфиподы, которые остались жить на больших глубинах, пошли еще дальше: они «отказались» от функции цветного восприятия, а немногочисленные виды, такие как глубоководные рачки-гаряевии (Garjajewia sarsi), и вовсе стали слепыми, утратив глаза в ходе эволюции.

В то же время сохранение у большинства видов амфипод обоих подклассов второго класса опсинов однозначно говорит о том, что слой льда не был настолько толстым, чтобы погрузить всех рачков в такую же темноту, в которой сегодня обитают глубоководные виды. Вероятнее всего, лед, будучи достаточно прозрачным, позволял проникать свету в объеме, позволяющем фотосинтезирующему фитопланктону поддерживать условия для сохранения жизни. Именно этот факт, скорее всего, и обеспечил возможности выживания множеству эндемичных видов Байкала, включая и изучаемых амфипод.

«Новый пример со зрением байкальских амфипод также служит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме. Очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже у них мы видим эволюционные "шрамы" — явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков», — комментирует Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ.

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
Поедание помета яков помогает тибетским пищухам пережить зиму13:32Софиты для подшивки свесов кровли от компании «КровлинДом»23:08В Испании найден саркофаг времен вестготов13:16Ученые предлагают определять животных по ДНК из воздуха11:16Горы на нейтронных звездах имеют высоту меньше миллиметра15:32На острове Мэн найден клад XI века12:48Астрономы подготовили новый каталог солнечных пятен11:00Реставраторы XVIII века заставили продавщицу овощей улыбаться, современные эксперты вернули ей прежнее выражение лица13:00Европейская Южная обсерватория опубликовала новые снимки соседних галактик10:16Исследователи прочитали фразы по мозговым волнам парализованного человека15:00В Китае нашли 12 гробниц, принадлежавших одной семье XIV века14:00Найден рентгеновский пульсар с самым слабым магнитным полем11:48На наскальном рисунке из испанской пещеры изображен сборщик дикого меда13:00Самцы бокоплавов носят самок на руках10:32Франция купила рукопись маркиза де Сада за 4,55 миллиона евро14:32Математическая модель оценит риск заразиться вирусом в супермаркете13:16Новый метод позволил проследить судьбу магнитных наночастиц в организме11:16Широкий выбор парфюмерии в крупнейшем онлайн-магазине ParfumPlus16:11