Рыбы-клоуны, известные своей яркой окраской и уникальными симбиотическими отношениями с морскими анемонами, послужили модельным организмом для изучения адаптивных излучений. Несмотря на их популярность, генетическая основа и эволюционные механизмы, лежащие в основе их чрезвычайного разнообразия, до недавнего времени в значительной степени оставались неизученными. Новое исследование дает свежий взгляд на структуру генома и эволюционные механизмы, которые позволили рыбе-клоуну диверсифицироваться и процветать в различных экологических нишах.
Рыбы-клоуны, известные своей яркой окраской и уникальными симбиотическими отношениями с морскими анемонами, уже давно очаровывают ученых и любителей природы. Они также служат многообещающим модельным организмом для изучения адаптивных излучений, поскольку их взаимодействие с морскими анемонами, по-видимому, вызвало их быструю диверсификацию на 28 видов .
Тем не менее, до недавнего времени генетические основы и эволюционные механизмы этого замечательного излучения практически не изучались. Недавнее исследование в области биологии и эволюции генома под названием «Взгляд на геномику адаптивной радиации рыбы-клоуна: геномный субстрат диверсификации» дает новое представление о структуре генома и эволюционных механизмах, которые позволили рыбе-клоуну диверсифицироваться и процветать в различных экологических нишах. .
В исследовании, проведенном Анной Марсионетти и Николя Саламином из Лозаннского университета, сравнивались последовательности геномов десяти видов рыб-клоунов. Они сгруппировали эти виды в пять пар на основе филогенетического родства. Каждая пара содержала один универсальный вид рыбы-клоуна, который может ассоциироваться с несколькими хозяевами морских актиний, и один специализированный вид, населяющий только один вид актинии. Этот уникальный дизайн позволил ученым исследовать параллельную и конвергентную эволюцию вслед за излучением рыбы-клоуна.
“Adaptive radiations have always interested me because they can help us understand the mechanisms behind the origin of species,” stated Salamin. “Being able to combine new genomic resources to study in detail the genetic mechanisms of the clownfish radiation is exciting because it can help us understand how this iconic group has evolved and how species have adapted to sea anemones, which is such an intriguing mutualistic interaction.”
Результаты исследования показывают, что гибридизация между линиями рыб-клоунов значительно повлияла на их эволюционные пути. Кроме того, исследователи наблюдали ускорение эволюции всего генома среди рыб-клоунов: более 5% всех генов оказались под положительным отбором. Сюда входят несколько генов, потенциально связанных с уникальной иерархической социальной структурой, основанной на размере, в обществах рыб-клоунов. В этих обществах размножающиеся самка и самец являются самыми крупными и вторыми по величине особями соответственно, а не размножающиеся постепенно становятся меньше по мере нисходящей иерархии.
Гены положительного отбора у рыбы-клоуна включали соматостатин, который может контролировать рост, связанный с этой социальной структурой, основанной на размере; ген NPFFR2 , который может влиять на рост, регулируя потребление пищи и аппетит; и рецептор изотоцина, который модулирует социальное поведение.
Положительно отобранные гены включали также гены, участвующие в адаптации к различным экологическим нишам. Например, родопсин, ген, который позволяет точно настраивать зрительную систему на разных глубинах, и ген дуокс , который регулирует образование белых полос, по которым рыба-клоун легко узнаваема. Эти данные свидетельствуют о том, что ускорение темпов эволюции, наблюдаемое у рыб-клоунов, может коррелировать с появлением их уникальных социальных и экологических адаптаций.
Интересно, что исследование также показало, что универсальные виды рыб-клоунов, которые могут ассоциироваться с десятью различными хозяевами анемонов, демонстрируют более высокие темпы эволюции, чем специализированные виды, населяющие только один вид анемонов. Это может отражать более разнообразную или динамичную среду, к которой должны адаптироваться универсалы. Более того, исследователи обнаружили гены с параллельными паттернами ослабления или усиления очистительного отбора у видов-специалистов или универсалов, что указывает на параллельную эволюцию универсалов и специалистов в схожие экологические ниши.
Хотя эти результаты являются захватывающими, авторы признают проблемы связи этих результатов с фенотипами рыб-клоунов и необходимость дальнейших исследований для полного описания экологии и функциональных признаков рыб-клоунов.
«Чтобы получить полное представление об излучении рыб-клоунов, необходимо получить всестороннюю характеристику их экологии и функциональных особенностей. Тем не менее, это исследование предлагает гены-кандидаты и пути, которые могут быть вовлечены в диверсификацию группы, что дает ценные подсказки для будущих функциональных исследований».
Кроме того, результаты этого исследования могут быть использованы для информирования будущих усилий по сохранению и управлению морской средой, поскольку они касаются популяций рыбы-клоуна. Понимание генетической адаптации рыбы-клоуна к окружающей среде, включая их социальную структуру и взаимодействие с актиниями, может помочь в разработке целенаправленных мероприятий по сохранению. Эти вмешательства могут помочь смягчить воздействие факторов стресса окружающей среды и способствовать долгосрочному выживанию популяций рыб-клоунов.
Это исследование подчеркивает важность учета генетических аспектов биологии вида при разработке планов сохранения и подчеркивает необходимость продолжения исследований и усилий по сохранению для защиты этих знаковых морских видов.
Ссылка: «Взгляд на геномику адаптивной радиации рыбы-клоуна: геномный субстрат диверсификации», Анны Марсионетти и Николаса Саламина, 25 мая 2023 г., Биология и эволюция генома .
DOI: 10.1093/перемещено/evad088