У сліпих печерних риб сформувалися незвичайні смакові рецептори

За тисячі років печерні риби тетри еволюціонували і втратили зір, отримавши прізвисько «сліпі печерні риби», у деяких з них з'явилася надмірна кількість смакових рецепторів на голові та підборідді. У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Communications BiologyУчені з Університету Цинциннаті визначили, коли смакові рецептори починають з'являтися в областях за межами ротової порожнини.

Почнемо з того, що сліпі риби розвивалися у печерних водоймах на північному сході Мексики. Вони блідо-рожеві та майже напівпрозорі в порівнянні зі своїми сріблястими побратимами, що живуть у поверхневих річках та струмках. Якщо печерні риби мають слабкі обриси очних ямок, то поверхневі риби – величезні круглі очі, що надають їм вічно здивований вираз.

Незважаючи на очевидні фізичні відмінності, ці риби вважаються одним і тим же видом. «Регресія, наприклад, втрата зору та пігментації, – добре вивчене явище, але біологічні основи конструктивних особливостей вивчені менше», – каже старший автор статті професор та біолог Каліфорнійського університету Джошуа Гросс, чия лабораторія присвячена вивченню еволюції та розвитку печерних хребетних.

Хоча в 1960-х роках вчені виявили, що деякі популяції сліпих печерних риб мають додаткові смакові рецептори – на голові та підборідді, – подальше вивчення генетичних процесів розвитку, що пояснюють цю незвичайну особливість, не проводилося.

Щоб визначити, коли з'являються додаткові смакові рецептори, Гросс та його група вивчили вигляд Astyanax mexicanus, включаючи дві окремі популяції печерних риб, що мешкають у печерах Пачон та Тінаха на північному заході Мексики.

Дослідницька група виявила, що з моменту народження та до 5-місячного віку кількість смакових рецепторів у печерних риб така сама, як і у поверхневих. Потім смакові рецептори починають зростати в кількості і з'являються на голові та підборідді, аж до дорослого віку, приблизно 18 місяців.

За словами Гросса, це збільшення корелює з тим часом, коли печерні риби перестають харчуватися живими організмами та починають шукати інші джерела їжі, такі як гуано кажанів. З великою кількістю смакових рецепторів печерні риби мають більш гостре відчуття смаку, що, ймовірно, є адаптивною рисою.

Іншим дивним відкриттям цього дослідження є генетична архітектура цієї ознаки: незважаючи на складність, виявляється, що більше смакових рецепторів на голові контролюється в основному тільки двома областями геному.

«Залишається неясним точне функціональне та адаптивне значення розширеної смакової системи», – каже Гросс, що спонукало команду розпочати нові дослідження, піддаючи риб впливу різних смаків, таких як кислий, солодкий та гіркий.

Темрява не заважає сліпим печерним рибам відчувати світло: вчені розкрили таємницю їхньої адаптації

Здатність відчувати світло у сліпої риби, яка живе в глибинній печерній системі Мексики, все ще зберігається. Вчені з Університетського коледжу Лондона Інга Штайндал та її колеги зацікавилися питанням, чи здатні тіла цих риб регулювати циклічні процеси з часом, оскільки вони, здається, більше не покладаються на внутрішній ритм і сплять дуже мало.

Більшість тварин на Землі мають внутрішній годинник, який називається циркадним ритмом і використовують рівні освітленості для синхронізації наших тіл з денними та нічними циклами нашої планети. Цей ритм потім використовується для циклічних біологічних процесів, які можуть визначати нашу поведінку, такі як цикли голоду, які спонукають нас є, та рівні мелатоніну, що визначають наш цикл неспання та сонливості.

Мексиканські сліпі печерні риби (Astyanax mexicanus) живуть у комплексі із понад 30 ізольованих печер, у кожній з яких вони незалежно адаптувалися до темряви. Їхні тіла надзвичайно чутливі до вібрацій, що дозволяє їм відчувати зміни у водних течіях для навігації, компенсуючи їхню обмежену або повну відсутність зору. Деякі навіть втратили очі повністю.

Ця адаптація відбулася незважаючи на те, що риби з кожної печери походять від одного і того ж виду з очима, що повністю функціонують. Ця предкова група досі живе у поверхневих водах регіону Ель Альбра в Мексиці та деяких частинах південного заходу США та розійшлася з печерними мешканцями між 10 000 та 10 мільйонами років тому, залежно від печери. Тим не менш, всі вони досі залишаються одним і тим же видом, здатним схрещуватися.

Печерні риби рідкі, важко вивчаються і погано почуваються в неволі, але сліпі A. mexicanus показали несподівану здатність пристосовуватися до світлового/темного циклу, коли вони знаходяться в лабораторії.

Штайндал та її команда взяли зразки тканин сліпих печерних риб із трьох ізольованих печер та ембріонів їхніх поверхневих предків та перевірили клітини у різних умовах.

Вони виявили активацію декількох механізмів молекулярного годинника, коли клітини були піддані впливу світла, навіть у клітинах печерних риб.

"Відчуття світла на невізуальному рівні зберігається на основному рівні клітини", - пояснюють дослідники, хоча клітини печерних риб не реагували так сильно, як клітини поверхневих риб.

Хоча існували деякі подібності між рибами з різних печер в порівнянні з їх поверхневими родичами, були також відмінності, які підтверджують, що їх мутації біологічного годинника розвивалися незалежно один від одного через різні молекулярні механізми.

"Ми довели, що незважаючи на те, що вони сліпі, клітини мексиканської сліпої печерної риби можуть відчувати світло та синхронізувати свій годинник із світловим/темним циклом", - підсумовують Штайндал та її колеги.

Команда сподівається, що ці клітинні культури можуть навчити нас більшому про циркадні ритми та надати більш простий спосіб вивчення адаптацій тварин до темних середовищ.

Це дослідження було опубліковано у журналі Proceedings of the Royal Society B.