Протягом десятиліть біологи та акваріумісти з подивом спостерігають за видовищними, непропорційно товстими губами деяких африканських цихлід — риб, які мешкають у Великих Африканських озерах: Вікторія, Малаві та Танганьїка. Вони стали джерелом численних питань: як і чому еволюція “вибрала” саме таку рису?
Відповідь на це запитання шукає команда вчених під керівництвом доктора Наґатоші Мачії з Токійського технологічного інституту. Їхні дослідження зосереджені на молекулярній природі цих змін — на структурі тканин, роботі генів та механізмах розвитку, пише T4.
Цихліди з різних озер часто демонструють подібні анатомічні риси, хоча не є тісно спорідненими. Це явище відоме як паралельна еволюція — коли схожі адаптації виникають незалежно в різних популяціях під впливом схожого середовища. У випадку цихлід таким фактором є особливості живлення та структури дна в озерах.
На думку еволюційного біолога з Гарварда Джонатана Лососа, паралельна еволюція є “живим доказом дії природного добору”, що формує адаптивні рішення у відповідь на виклики середовища.
Озера Вікторія, Малаві й Танганьїка створюють унікальні умови для досліджень. Ізольовані водні екосистеми дали поштовх незалежному формуванню видів цихлід, і кожне озеро стало своєрідною еволюційною лабораторією.
Це дозволяє вченим не лише спостерігати різноманітність, а й шукати повторювані закономірності в розвитку одних і тих самих ознак, наприклад, гіпертрофованих губ.
Мікроскопічний аналіз тканин показав, що у риб із товстими губами ці ділянки багаті на протеоглікани — великі молекули, які складаються з білків і ланцюгів цукрів. Ці сполуки мають здатність утримувати воду, впливають на структуру та еластичність тканин.
Особливо багато в губах цихлід виявили хондроїтинсульфатних протеогліканів — компонентів, які активно беруть участь у формуванні хрящів, сухожиль і шкіри. Вони, ймовірно, сприяють утворенню характерної “пухлості” через збільшення об’єму сполучної тканини.
Один із ключових результатів дослідження — виявлення активної роботи відповідних генів ще на ранніх етапах розвитку, ще до того, як губи повністю набувають своєї форми. Це означає, що схильність до гіпертрофії губ визначається дуже рано, і ця генна активність підтримується протягом усього життя.
Регуляція таких процесів свідчить про складний і злагоджений механізм, що закріплює ознаку в популяції на рівні поколінь.
Додатково науковці виявили активність генів, пов’язаних із сигнальним шляхом Wnt — це ключова біохімічна система, яка контролює ріст, поділ, рух і спеціалізацію клітин. Цей шлях особливо важливий на етапі ембріонального розвитку, але також підтримує тканинну регенерацію в дорослих організмах.
У цихлід із гіпертрофованими губами гени Wnt-шляху активні як у молодому, так і в дорослому віці. Це може вказувати на тривалу стимуляцію росту тканин, що призводить до накопичення сполучної речовини в губах.
Несподіване відкриття дослідження — схожість між біохімією губ цихлід і певними захворюваннями шкіри в людей. Наприклад, ті самі протеоглікани активно беруть участь у формуванні келоїдів — патологічних шрамів, де сполучна тканина росте надмірно.
Молекули, що зв’язують воду та сприяють розширенню тканин, у риб і людей діють подібно. Це може відкрити нові напрями вивчення порушень росту тканин, а також дати підказки щодо лікування рубців чи регенерації шкіри.
Чому ж у природі виникла така дивна особливість? Біологи припускають, що товсті губи можуть допомагати під час живлення: амортизують контакт із гострими каменями, дозволяють краще проникати в ущелини або реагувати на подразники у воді.
Деякі дослідники вважають, що велика площа губ допомагає краще вловлювати хімічні сигнали — важливу функцію в складних, лабіринтоподібних середовищах африканських озер.
Попри схожі умови існування, не всі види розвинули гіпертрофовані губи. Причина — у полігенному характері цієї ознаки: вона залежить не від одного, а від багатьох генів, кожен із яких робить свій невеликий внесок.
У тих видах, де адаптивна перевага великих губ невелика або відсутня, відповідні гени не проявляються або активуються слабо. Таким чином, навіть наявність “молекулярного інструментарію” не гарантує розвиток ознаки — усе залежить від тиску середовища.
Генетичні дослідження вже ідентифікували кілька регіонів у геномі цихлід, що впливають на товщину губ. Кожна ділянка геному чинить невеликий вплив, але в сукупності — формує повноцінний фенотип.
У майбутньому науковці планують детальніше дослідити подібності між механізмами росту губ у риб та утворенням тканин у людини. Це може дати відповідь не тільки на питання еволюції, а й на те, як працює сполучна тканина у різних живих організмів.
