Осваивая новые экологические ниши, тропические рыбки из поедателей водорослей превратились в хищников

Российские биологи изучили рыб рода Garra из Африки — близких родственников известной рыбки-доктора Garra rufa, названной так за способность облегчать симптомы псориаза. Авторы исследовали особенности вспышки видообразования, связанной с разделением пищевых ресурсов и освоением новых экологических ниш, и обнаружили, что некоторые из рыбок стали хищниками — хотя традиционно они питаются водорослями. Такая перемена сказалась и на их облике: кишечник стал короче, рот изменился, а некоторые формы даже отрастили большие губы — хотя ученые пока и не знают, зачем. О работе рассказала пресс-служба Российского научного фонда.

Живые организмы в процессе эволюции вынуждены приспосабливаться к различным условиям обитания. В результате некоторые из них приобретают весьма специфические признаки, помогающие им занять узкую нишу и избежать конкуренции как с сородичами, так и с представителями других видов. По такому пути пошли тропические рыбки рода Garra. Их челюсти с течением времени расширились и преобразовались в скребки с острым режущим краем, что помогает им соскабливать водоросли (перифитон) с камней. Таким же образом они способны счищать мертвые частички с кожи человека, что облегчает симптомы псориаза, поэтому некоторые рыбки из рода Garra также известны как рыбки-доктора (doctor fish).

«Когда популяции быстро увеличивают свою численность, часто возникает внутривидовая конкуренция. Ответом на нее может стать так называемая адаптивная радиация, при которой возникают формы, занимающие разные экологические ниши: кто-то ищет пропитание в толще воды, а кто-то — на поверхности, и так далее. Разделение пищевых ресурсов при совместном обитании — начальная стадия так называемого симпатрического видообразования. Оно нечасто встречается в природе, но дает ценные сведения о том, как появляются новые виды», — рассказывает первый автор статьи Александра Комарова, младший научный сотрудник Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН.

Ранее в реке Сор на Эфиопском нагорье (в бассейне Белого Нила) были обнаружены формы родственника рода Garra, различающиеся как по внешнему виду, так и генетически. Это довольно необычно: условия в горных реках очень переменчивы, и на первый взгляд предпосылок для появления какой-то новой специализации нет. В своей работе исследователи из Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН (Борок), Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН (Москва) и Череповецкого государственного университета раскрыли экологическую составляющую этого феномена. Поскольку внешне исследуемые рыбки различаются по признакам, так или иначе связанным с питанием, авторы измерили длину их кишечника, изучили его содержимое и проанализировали стабильные изотопы азота и углерода в белых мышцах, соотношение которых позволяет понять, чем питались животные на протяжении длительного времени (около полугода). Это было необходимо, поскольку питание рыб может быть переменчивым и оценка по содержимому кишечника не дает достаточной информации.

Исследованные авторами формы рыб. Источник: Komarova et al./Diversity, 2022

Результаты исследования подтвердили, что в прошлом произошло разделение вида на экологические формы в соответствии с типом питания. Одни рыбки продолжили питаться водорослями, другие стали хищниками, а третьи приобрели смешанные признаки. У рыб, которые поедали водоросли, оказалось больше изотопов углерода-13, преимущественно накапливающихся в одноклеточных водорослях. Кишечник этих животных также оказался в 1,5–2 раза длиннее, чем у плотоядных сородичей, поскольку растительный корм дольше переваривается, и лишь так удается обеспечить его эффективное усваивание.

Внешний вид растительноядных и хищников тоже различался: у последних ротовой аппарат стал больше похож на широкую щель с замком, чем на скребок, — так удобнее захватывать и удерживать плавающую добычу. Еще авторы обнаружили совершенно новую форму, никогда не отмечавшуюся среди рыбок-докторов, и это несмотря на их широкое распространение от Юго-Восточной Азии до Западной Африки. Она обладает толстыми губами и, по всей видимости, возникла в результате скрещивания других совместно обитающих форм; пока предназначение этой модификации ротового аппарата не вполне ясно.

«Хотя общепризнано, что специализированные формы возникают из более генерализованных, то есть не обладающих какими-то яркими адаптациями, наши наблюдения показали, что это не всегда так. Узкий специалист-соскребыватель рода Garra разнообразил свое питание, а в некоторых случаях полностью изменил его. В конкретной эфиопской реке это можно объяснить тем, что у рыбки-доктора не так много естественных врагов, да и конкурентов других видов тоже, а потому можно "расслабиться" и выйти из своей узкой ниши», — подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Борис Лёвин, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН.

Как подчеркивают исследователи, наблюдаемая ситуация расширяет список примеров довольно редкого парадокса Лиема, согласно которому строение ротового аппарата животного не обязательно соответствует типу его питания. Вспышки диверсификации, то есть быстрого разделения на разные экологические формы и виды, происходят, видимо, лишь в определенных участках речной сети, где, с одной стороны, не так много хищников, а с другой стороны, нет конкуренции с другими высокоспециализированными видами, а также присутствуют свободные экологические ниши.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Diversity.