Морские малиновки (морские петухи) – океанические рыбы, особенно приспособленные к придонному образу жизни: шесть похожих на ноги придатков делают их настолько искусными в передвижении, копании дна и поиске пищи, что другие рыбы обычно держатся рядом и воруют их добычу. Случайная встреча в 2019 году с этими странными рыбами с ногами в Морской биологической лаборатории Кейп-Кода вдохновила Кори Алларда на то, чтобы изучить их, сообщается на сайте Гарвардского университета.
Последующее погружение Алларда, автора исследования, в биологию морской малиновки привело к сотрудничеству со стэнфордскими специалистами, изучающими генетику развития этой рыбы, и завершилось публикацией в журнале Current Biology нескольких статей. Эти работы дают наиболее полное на сегодняшний день представление о том, как морские петухи используют свои ноги, какие гены контролируют их появление и как эти животные могут быть использованы в качестве концептуальной основы для эволюционных адаптаций.
«Ноги» морской малиновки на самом деле являются продолжением грудных плавников, которых у нее по три с каждой стороны. Сначала Аллард попытался выяснить, являются ли ноги полноценными органами чувств. Он проводил эксперименты, наблюдая за морскими малиновками, охотящимися за добычей, в ходе которых рыбы чередовали короткие периоды плавания и «ходьбы». Иногда они царапали поверхность песка, чтобы найти зарытую добычу, например мидий и других моллюсков, без визуальных подсказок. Исследователи поняли, что ноги чувствительны как к механическим, так и к химическим раздражителям. Ученые даже закапывали капсулы, содержащие отдельные химические вещества, и рыбы легко находили их.
Случайность привела к еще одному открытию. В середине исследования ученые получили новую партию рыб, которые выглядели точно так же, но не копали и не находили зарытую добычу или капсулы, как это делали другие особи. «Я подумал, что это просто какая-то подделка, или, может быть, установка не сработала», – вспоминает Беллоно, смеясь.
Оказалось, что исследователи приобрели другой вид морской малиновки. В итоге они охарактеризовали оба вида – Prionotus carolinus, который роет, чтобы найти добычу, и очень чувствителен к прикосновениям и химическим сигналам, и P. evolans, который лишен сенсорных способностей и использует ноги для передвижения и зондирования, но не для рытья.
Изучая различия между ногами двух видов, ученые обнаружили, что у копающих рыб ноги имеют лопатообразную форму и покрыты выступами, называемыми сосочками, похожими на наши вкусовые рецепторы. Ноги не копающей рыбы были стержнеобразными и не имели сосочков. На основании этих различий исследователи пришли к выводу, что сосочки являются эволюционной субспециализацией.
В работе Алларда, описывающей эволюцию новых органов чувств у морской малиновки, был проведен анализ образцов морской малиновки из Музея сравнительной зоологии, чтобы изучить морфологию ног у разных видов и во времени. Он обнаружил, что копающие виды обитают только в нескольких местах, что говорит об относительно недавней эволюции этого признака.
Ходячие рыбы являются потенциально мощным модельным организмом для сравнения специализированных признаков и для изучения того, как эволюция позволяет адаптироваться к очень специфическим условиям окружающей среды.
Около 6 миллионов лет назад люди получили способность ходить вертикально, отделившись от своих предков-приматов. Бипедализм является определяющей чертой нашего вида, но мы знаем очень много о том, как, когда и почему произошло это изменение. Морские петухи и их адаптация к жизни на океанском дне могут дать ключ к разгадке. Например, в развитии ног малиновки участвуют генетические факторы транскрипции, которые также присутствуют в конечностях других животных, включая человека.
В ходе работы ученые всесторонне проанализировали генетические основы необычной особенности ходячей рыбы. Исследователи использовали такие методы, как транскриптомное и геномное редактирование, чтобы определить, какие генные факторы транскрипции участвуют в формировании и функционировании ног у морских петухов. Кроме того, они вывели гибриды двух видов с разными формами ног, чтобы изучить генетическую основу этих различий.
[Фото: Anik Grearson / Harvard University]
