Это также место эволюционной загадки, над решением которой работают исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и их коллеги.Атлантический киллиф — обыкновенные эстуарные рыбы длиной около трех дюймов — не только переносят токсичные условия в гавани, но и, кажется, процветают там. Как они смогли адаптироваться и жить в такой сильно загрязненной среде?В новой статье, опубликованной в журнале BMC Evolutionary Biology, исследователи обнаружили, что изменения в рецепторном белке, называемом арилуглеводородным рецептором 2 (AHR2), могут объяснить, как киллфиш в Нью-Бедфорд-Харбор развил генетическую устойчивость к ПХБ.
Киллифиш — рыба-жертва, которая не мигрирует. Они всю жизнь проживают в одном и том же месте, обычно в пределах нескольких сотен ярдов от места, где они были вылуплены.
В отличие от рыбы, которая может периодически заходить в гавань и выходить из нее в летние месяцы, чтобы покормиться, рыбка обитает здесь круглый год и проводит зимы, зарываясь в загрязненные отложения.Обычно, когда рыба подвергается воздействию вредных химических веществ, организм увеличивает выработку ферментов, расщепляющих загрязняющие вещества, и этот процесс контролируется белком AHR2. Некоторые ПХБ не расщепляются таким образом, и их продолжающаяся стимуляция AHR2 нарушает клеточные функции, что приводит к токсичности.
У киллифов из гавани Нью-Бедфорд система AHR2 стала устойчивой к этому эффекту.«Рыболовам удалось перекрыть путь, — сказал Марк Хан, биолог из WHOI и соавтор статьи. «Это пример того, как некоторые группы населения могут адаптироваться к изменениям в окружающей среде — моментальный снимок эволюции в действии».Исследовательская группа, в которую входят коллеги из Атлантического экологического отдела Агентства по охране окружающей среды США, Школы общественного здравоохранения Бостонского университета и Университета Северной Каролины в Шарлотте, использовала подход «гена-кандидата», секвенировав часть, кодирующую белок. трех генов устойчивости-кандидатов (AHR1, AHR2, AHRR) у рыб из района Нью-Бедфорд и шести других мест, как чистых, так и загрязненных, вдоль северо-восточного побережья.
В поисках однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) или незначительных вариаций в последовательности ДНК они обнаружили различия в AHR2, который играет важную роль в опосредовании токсичности на ранних этапах жизни.«Функция этого рецептора — это то, что опосредует токсические эффекты», — сказала Сибель Карчнер, соавтор и биолог лаборатории Хана. «Если у вас нет функционального рецептора, вы не получите такого токсического воздействия, как рыба».
AHR2 у киллифа содержит 951 аминокислоту, девять из которых различаются у разных людей. Различные комбинации вариантов аминокислот приводят к 26 различным формам белка.«Мы видим, что образец разновидностей, присутствующих в убойной рыбе в гавани Нью-Бедфорд, сильно отличается от образцов на близлежащих участках, что является неожиданным при нормальных обстоятельствах», — сказал Хан. «Есть несколько вариантов белка, которые обычны для килевой рыбы из Нью-Бедфорд-Харбора, но не распространены в других местах. Точно так же варианты белка, которые наиболее распространены на близлежащих контрольных участках, гораздо реже встречаются у килевой рыбы из Нью-Бедфорд-Харбор».
В сопутствующей статье, опубликованной в BMC Evolutionary Biology коллегами из лаборатории EPA в Наррагансетте, Род-Айленд, в которой использовался подход «сканирования генов-кандидатов» — исследуются SNP из 42 генов, связанных с путем AHR, — также идентифицирован AHR2 как ген, который появляется находиться под отбором и, вероятно, будет участвовать в сопротивлении. Результаты показывают, что эволюция устойчивости в независимых популяциях киллифов сходится на одном и том же гене-мишени.«Результаты этих исследований и генетические инструменты, разработанные в ходе этих исследований, помогают проанализировать, как эволюция происходит в современном (а не геологическом) масштабе и почему некоторые виды с большей вероятностью адаптируются к быстро меняющемуся миру», — сказал он. Дайан Наччи, биолог-исследователь Агентства по охране окружающей среды и соавтор обеих статей.
AHR2 — это тот же ген, который был идентифицирован в научном докладе 2011 года биологов WHOI и коллег из Нью-Йоркского университета и NOAA о томкоде, устойчивом к ПХБ, из реки Гудзон. Белки AHR2 в томкоде реки Гудзон не имеют двух из 1104 аминокислот, обычно содержащихся в этом белке.
«Несмотря на то, что специфические молекулярные изменения, которые обнаруживаются у устойчивых к ПХБ котов и рыб-киллеров, различны, у обоих видов AHR2, по-видимому, является одним из генов — возможно, основным геном — который отвечает за устойчивость», — сказал Хан.Хотя сами килли, кажется, невосприимчивы к токсическому воздействию ПХБ, они все же могут переносить загрязнители вверх по пищевой цепочке.
Они являются основным источником пищи для синей рыбы, полосатого окуня и другой рыбы, которую едят люди.Несмотря на их здоровый внешний вид, могут быть неизвестные отрицательные издержки, связанные с устойчивостью к ПХБ для киллеров из гавани Нью-Бедфорд. Затем исследователи изучат, влияет ли адаптация на то, как киллеры способны реагировать на другие виды стрессоров в окружающей среде, такие как низкий уровень кислорода.«Очевидно, что тот факт, что они устойчивы к ПХБ, позволяет им выжить в этой действительно загрязненной среде, но что произойдет, когда гавань будет очищена?
Могут быть расходы, которые сделают ее неприспособленной для жизни этих рыб», — сказал Хан.«Это увлекательный пример того, как деятельность человека может способствовать эволюции», — добавил он. «Способность адаптироваться к меняющимся условиям станет еще более важной, поскольку люди воздействуют на окружающую среду, будь то закисление океана, повышение температуры или другие типы глобальных изменений, которые происходят».
Помимо Хана и Карчнера, исследователи WHOI, участвовавшие в работе, включали ведущего автора Адама Райцеля (ныне доцент Университета Северной Каролины в Шарлотте) и Дианы Фрэнкс. Эта работа была поддержана Национальным институтом наук об окружающей среде через исследовательскую программу Superfund в Бостонском университете, Фонд реки Гудзон и грант Национального научного фонда.