18 сентября 2021, суббота, 05:17
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Длительное оледенение Байкала в прошлом привело к утрате одного из зрительных белков у живущих в озере бокоплавов

Байкальские амфиподы
Байкальские амфиподы
Polina Drozdova et al./BMC Ecology and Evolution

Изучая зрение байкальских рачков-амфипод, иркутские биологи обнаружили, что все виды, обитающие в озере, в какой-то момент потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков опсинов. По мнению ученых, это могло произойти из-за того, что в прошлом значительная часть Байкала была покрыта толстым слоем льда, что заставило его обитателей адаптироваться к выживанию в сумерках. Статья об исследовании, поддержанном грантом Российского научного фонда, опубликована в журнале BMC Ecology and Evolution, кратко о ее содержании рассказала пресс-служба РНФ.

В Байкале обитает около 350 видов и подвидов рачков из семейства бокоплавов, или амфипод (Amphipoda), у абсолютного большинства из них большие фасеточные глаза. Изначально группа ученых из НИИ биологии Иркутского государственного университета занималась поиском у байкальских амфипод новых зрительных белков опсинов. Эндемичные рачки были выбраны исследователями не случайно. Дело в том, что Байкал — единственное озеро на нашей планете, в котором благодаря насыщенности кислородом толщи воды пресноводные организмы могут обитать на глубинах больше полутора километров. При этом, если в литорали Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то начиная с глубины более 100 метров света практически нет: там всегда стабильная холодная температура и очень темно. 

«На молекулярном уровне за зрение у всех животных, в том числе и у рачков, отвечают зрительные пигменты, состоящие из белков опсинов и их кофакторов — производных витамина A. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение», — поясняет руководитель исследования по гранту РНФ Полина Дроздова, кандидат биологических наук, сотрудник НИИ биологии ИГУ.

Биологи провели анализ нуклеотидных последовательностей опсинов у почти 90 видов амфипод со всего мира. Оказалось, что всего у них встречается лишь два класса опсинов, а внутри класса может быть до пяти разных белков. Такой анализ не позволяет точно оценить их спектральную чувствительность, но по последовательности эти два класса сходны с опсинами, которые чувствительны к средней (голубому цвету) и длинноволновой частям спектра (зеленый, желтый, красный) соответственно.

Здесь важно заметить, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Поэтому ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительностью их приспособления к особым байкальским условиям. Однако выяснилось, что у всех без исключения групп байкальских бокоплавов обнаружены опсины только второго класса и полностью отсутствуют опсины первого. При этом у родственных видов из других водоемов оба класса есть. Это говорит о том, что все виды байкальских амфипод, независимо от происхождения и времени нахождения в Байкале, в силу неких причин разом потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков.

Но на этом потери байкальских рачков не закончились. Второй класс опсинов у амфипод, в свою очередь, тоже делится на два подкласса, и один из них также оказался утерян у всех исследованных глубоководных видов. Более того, установлено, что байкальские бокоплавы, которые регулярно встречаются глубже 200 метров, вообще имеют только один опсин, а значит, они утратили цветное зрение и воспринимают мир черно-белым.

Случаи радикального изменения одного и того же признака в независимо эволюционирующих группах обычно свидетельствуют о резких изменениях условий среды обитания. Чаще всего это масштабные и катастрофические процессы — например, массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. По мнению авторов, именно последнее стало причиной массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, которые когда-то обеспечивали зрение в средневолновом диапазоне спектра. 

Исследования показывают, что в прошлом Байкал неоднократно проходил через периоды как потеплений, так и похолоданий. При этом, по мнению ряда ученых, в отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем.

По всей видимости, в один из таких периодов обитатели Байкала оказались отрезаны от прибрежной зоны из-за промерзания литорали. В периоды оледенений, которые длились не одно столетие, амфиподы были вынуждены находиться в стрессовых условиях и адаптироваться к длительному выживанию в сумерках под внушительным слоем льда. В такой среде цветное зрение, видимо, стало ненужной опцией, и именно первый класс опсинов попал под «оптимизацию». Когда же условия в Байкале вернулись к более теплым и рачки вновь заселили мелководье, восстановить утраченное разнообразие светочувствительных белков было уже невозможно.

Амфиподы, которые остались жить на больших глубинах, пошли еще дальше: они «отказались» от функции цветного восприятия, а немногочисленные виды, такие как глубоководные рачки-гаряевии (Garjajewia sarsi), и вовсе стали слепыми, утратив глаза в ходе эволюции.

В то же время сохранение у большинства видов амфипод обоих подклассов второго класса опсинов однозначно говорит о том, что слой льда не был настолько толстым, чтобы погрузить всех рачков в такую же темноту, в которой сегодня обитают глубоководные виды. Вероятнее всего, лед, будучи достаточно прозрачным, позволял проникать свету в объеме, позволяющем фотосинтезирующему фитопланктону поддерживать условия для сохранения жизни. Именно этот факт, скорее всего, и обеспечил возможности выживания множеству эндемичных видов Байкала, включая и изучаемых амфипод.

«Новый пример со зрением байкальских амфипод также служит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме. Очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже у них мы видим эволюционные "шрамы" — явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков», — комментирует Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астронавты астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги виноделие вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы малярия мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники средневековье старение старообрядцы стартапы статистика табак такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция темная материя физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2021.