Ryba jaskiniowa zrezygnowała z oczu i barw na rzecz metabolizmu
Meksykańska ryba jaskiniowa Astyanax mexicanus (lustrzeń meksykański) dostosowała się do niezwykle trudnego środowiska: chłodnych i czarnych jak noc jaskiń, zalewanych przez wodę mniej więcej raz do roku, kiedy to zaczyna się krótki czas ucztowania pomiędzy długimi okresami głodu. Nowe badania genetyczne dowodzą, że utrata koloru nie była przypadkowym efektem ewolucji, ale zmianą, która mogła realnie pomóc tym wytrzymałym rybom oszczędzać cenną energię.
Naukowcy ze Stowers Institute for Medical Research w Kansas City (Missouri), pod kierownictwem biologów ewolucyjnych Jaya Krishnana i Nicolasa Rohnera, odkryli to dostosowanie, kiedy zmapowali zmiany w regulacji genowej, pomagające lustrzeniowi meksykańskiemu przeżyć w surowym środowisku. Badanie obszarów regulacyjnych DNA (które nie wytwarzają bezpośrednio białek, natomiast kontrolują to, gdzie i kiedy inne geny je produkują) stanowi duże wyzwanie. Naukowcy wykorzystywali dwie techniki w celu porównywania tych segmentów z genomem spokrewnionych ryb rzecznych. Najpierw przeprowadzili mapowanie zmian w znacznikach chemicznych na DNA, decydujących o tym, które geny ulegają ekspresji. Następnie śledzili mutacje w obszarach regulacyjnych, które identyfikowali poprzez ocenę, które segmenty kodu genetycznego są fizycznie otwarte na transkrypcję, a które są zwinięte i zamknięte.
„Stanowi to ogromny postęp techniczny, który umożliwi przyszłe badania [nad rybami jaskiniowymi]” – mówi Suzanne McGaugh, badaczka ryb jaskiniowych z University of Minnesota, która nie brała udziału w nowym badaniu, opisanym w czasopiśmie „Nature Genetics”.
Zespół badawczy odkrył wiele różnic w genomach ryb jaskiniowych w porównaniu do ich powierzchniowych rybich krewnych, m.in. usunięty segment DNA w obrębie genu zwanego hpdb. Na skutek tej mutacji ryba jaskiniowa nie jest w stanie metabolizować aminokwasu tyrozyny w celu produkcji pigmentu melaniny. W efekcie ryba jest bezbarwna. Badacze doszli do wniosku, że zamiast tego tyrozyna „może zostać wykorzystana do wytworzenia energii, gdy ryby jaskiniowe doświadczają już jej niedostatku”, mówi Krishnan. „Wykorzystują każdy dostępny substrat, aby wytworzyć energię i przeżyć w tych spartańskich warunkach”.
Tyrozyna pomaga również w produkcji dopaminy i norepinefryny, które są przez wiele zwierząt wydzielane w odpowiedzi na stres. Wcześniejsze badania nad rybami jaskiniowymi wiązały utratę pigmentu z podwyższonymi poziomami tych hormonów oraz z niskim zapotrzebowaniem ryb jaskiniowych na sen. Ta publikacja wskazuje, że utrata pigmentu wpływa także na metabolizm, mówi McGaugh.
Cechy takie, jak ubarwienie, metabolizm i sen, są zależne od hormonów i reakcji chemicznych, dlatego proces dostosowania w jednym obszarze wpływa też na wszystkie pozostałe. Takie kompromisy są raczej regułą niż wyjątkiem u zwierząt żyjących w siedliskach ubogich w składniki odżywcze, mówi Krishnan.