Почему рыбы такие разные
Удвоение генома у предков костистых рыб вряд ли может быть причиной огромного разнообразия их видов.
Наверное, даже вполне далёкие от биологии люди представляют себе, как выглядят камбалы, морские коньки, длиннотелые угри и мурены, не говоря уже о сельдях, лососях и тунцах, которых можно увидеть в любом рыбном магазине. Все они относятся к группе костистых рыб (Teleostei) – их скелет полностью окостеневает, за что они и получили своё название. Сейчас их известно около 30 тысяч видов – больше, чем всех современных млекопитающих, птиц, пресмыкающихся и земноводных вместе взятых.
Такое удивительное многообразие рыб всегда поражало биологов. На протяжении последних десяти лет считалось, что причиной тому удвоение (дупликация) всех генов, случившееся у ближайшего предка костистых: пока одна копия каждого гена продолжала выполнять свои обычные функции, вторая копия становилась чем-то вроде эволюционного испытательного полигона – в ней накапливались мутации, которые могли оказаться вредными, но могли и пригодиться рыбам в освоении новых экологических ниш. В результате возник огромный «букет» новых видов с разнообразной внешностью, экологией и т. д.
Однако при исследовании ископаемых рыб возник вопрос о правомерности такого предположения. Джон Кларк (John Clarke), палеонтолог из Пенсильванского университета в Филадельфии и один из авторов статьи, опубликованной на днях в Proceedings of the National Academy of Sciences, попытался проверить «гипотезу об удвоении». Он посетил 15 музеев мира, изучая ископаемых рыб мезозойской эры, которые обитали на Земле от 250 до 100 млн лет назад. Затем он сравнил разнообразие вымерших костистых и их ближайших родственников – костных ганоидов (Holostei) (к последним относятся панцирные щуки и ильные рыбы – амии, обитающие в Северной и Центральной Америке).
Оказалось, что несмотря на удвоение генома, которое произошло около 160 миллионов лет назад, костистые рыбы в течение следующих 150 миллионов лет своей эволюции не отличались многообразием; за это время у них появилось лишь несколько разных форм тела, впрочем, вполне обычных для рыб. У костных же ганоидов геном никогда не удваивался, но, тем не менее, мезозойские ганоиды были более разнообразными, чем костистые того времени. Иными словами, согласно палеонтологической летописи, у рыб увеличение многообразия видов не совпадает с удвоением набора генов. «Это исследование прекрасно показывает, как важно изучать окаменелости, когда пытаешься проверять гипотезы о крупномасштабных эволюционных изменениях», – комментирует исследование Роберт Сансом (Robert Sansom), палеонтолог из Манчестерского университета в Великобритании.
«Связь между удвоением генома и многообразием видов казалась такой очевидной, что почти превратилась в нечто вроде «городской легенды», которые выглядят правдоподобно, но фактически никем не подтверждены», – говорит Майкл Линч (Michael Lynch), биолог-эволюционист из Индианского университета в Блумингтоне.
Удвоение генома происходило и у цветковых, или покрытосеменных, чемпионов по видовому разнообразию среди растений, и вот у них как раз связь между одним и другим, видимо, всё-таки есть. Только в случае растений взрыв видового многообразия случался не прямо сразу после появления второго набора генов; например, у капустоцветных (Brassicales) новые виды начали активно появляться лишь спустя 50 миллионов лет после генетического удвоения. «Всё больше примеров такого временного отставания становится известно среди растений», – говорит Инго Брааш (Ingo Braasch), генетик из Университета штата Мичиган в Ист-Лансинге. «Подобное запаздывание могло произойти и в развитии костистых рыб», – предполагает Итай Майроус (Itay Mayrose), биолог из Тель-Авивского университета в Израиле. Однако некоторые исследователи – как, например, вышеупомянутый Роберт Сансом – полагают, что, хотя в отношении рыб гипотеза об удвоении генов служила прекрасным объяснением видового разнообразия, теперь этому рыбному разнообразию нужно подыскать какие-то другие причины.
По материалам Science.
