Мексиканским тетрам, обитавшим в кромешно-чёрных пещерах, не было нужды в этих энергозатратных органах. Они лишились глаз разными способами, но при этом приобрели несколько полезных качеств.
Тим Верниммен (Tim Vernimmen): Мексиканские тетры, которые были загнаны в черные как смоль пещеры, не могли использовать свои энергетически ценные органы. Они потеряли глаза по многим причинам, но также приобрели некоторые замечательные черты. Подробнее
Автор: Тим Верниммен
Мексиканские тетры — весьма необычный вид рыб. Они водятся во многих реках и озёрах по всей Мексике и на юге Техаса, где выглядят совершенно обычно. Но, в отличие от большинства других рыб, тетры также обитают в пещерах. Там, в темноте, они выглядят совершенно иначе: они очень бледные и, что примечательно, у них нет глаз. Снова и снова, когда популяцию загоняли в пещеру и она выживала достаточно долго, чтобы естественный отбор сделал свое дело, глаза исчезали. “Но это не значит, что у пещерных рыб все было утрачено”, — говорит генетик Джая Кришнан из Фонда медицинских исследований Оклахомы. “Также произошло много улучшений”. Хотя биологи продолжают изучать причины, по которым у них не работают глаза, в последние годы внимание переключилось на другие интригующие аспекты биологии пещерных рыб. Становится всё более очевидным, что они не только утратили зрение, но и приобрели множество адаптаций, которые помогают им выживать в пещерной среде. Некоторые из них могут стать ключом к лечению ожирения и диабета у людей.
Отбрасывая дорогие взгляды
Уже давно ведутся споры о том, почему у животных исчезли глаза. Некоторые биологи утверждали, что они просто атрофировались за несколько поколений, потому что пещерные животные с плохо видящими глазами не испытывали никаких неудобств. Но сейчас более вероятным считается другое объяснение, говорит физиолог-эволюционист Николас Ронер из Мюнстерского университета в Германии: «Глаза очень затратны с точки зрения ресурсов и энергии. Сейчас большинство людей согласны с тем, что в их потере есть определённое преимущество, если они вам не нужны».
Ученые заметили, что мутации в различных генах, участвующих в формировании глаз, привели к их потере. Другими словами, говорит Кришнан, «разные популяции пещерных рыб теряли глаза по-разному». В то же время другие органы чувств у рыб, как правило, развиты лучше. Исследования показали, что пещерные рыбы могут обнаруживать более низкие концентрации аминокислот, чем рыбы, обитающие на поверхности. У них также больше вкусовых рецепторов и выше плотность чувствительных клеток вдоль тела, которые позволяют им ощущать давление и течение воды. По словам биолога-эволюциониста Мисти Риддл из Университета Невады в Рино, которая является соавтором статьи 2023 года об исследовании мексиканской тетры в Ежегодном обзоре клеточной биологии и биологии развития. «Я думаю, что для расширения других областей необходимо как бы отключить программу для глаз», — говорит она. Происходит буквально следующее: подавляются процессы, поддерживающие формирование глаза. Как и у представителей вида, не обитающих в пещерах, у всех пещерных рыб эмбрионы начинают формировать глаза. Но через несколько часов клетки в развивающемся глазу начинают отмирать, пока вся структура не исчезнет. Риддл считает, что эта очевидная неэффективность может быть неизбежной. «Раннее развитие мозга и глаза полностью взаимосвязано — они развиваются одновременно», — говорит она. Это означает, что наименее разрушительный способ развития безглазости может заключаться в том, чтобы сначала создать глаз, а затем избавиться от него.
Хотя у эмбрионов пещерной рыбы начинается развитие глаз, этот процесс в конечном счёте останавливается. На ранних этапах наблюдаются явные различия в активности генов (верхнее изображение), участвующих в развитии глаз. В результате у эмбрионов пещерной рыбы оптический пузырёк, из которого развивается глаз, всегда меньше. Примерно через 24 часа после начала развития клетки хрусталика и оптической чашки, из которых обычно формируется остальная часть глаза, начинают отмирать. Примерно через пять дней отмирают и светочувствительные ткани в задней части глаза.
В исследовании, опубликованном в 2000 году, которое Кришнан и Ронер назвали «одним из самых поразительных экспериментов в области эволюции позвоночных», было показано, что на судьбу глаза пещерной рыбы сильно влияет её хрусталик. Ученые доказали это, пересадив хрусталик эмбриона пресноводной рыбы эмбриону пещерной рыбы и наоборот. После этого в глазу пещерной рыбы появились сетчатка, палочки и другие важные части, в то время как глаз пресноводной рыбы остался маленьким и недоразвитым.
Голодающий и объедающийся
Легко понять, почему пещерные рыбы оказались в невыгодном положении, если бы им приходилось поддерживать в рабочем состоянии дорогостоящие ткани, которые они не используют. Поскольку в пещерах мало что растёт и развивается, рыбы, скорее всего, выживают на скудном рационе, состоящем в основном из фекалий летучих мышей и органических отходов, которые смываются в сезон дождей. Исследователи, содержащие пещерных рыб в лабораториях, обнаружили, что на генетическом уровне эти существа прекрасно приспособлены к усвоению и накоплению питательных веществ. «Они постоянно голодны и едят столько, сколько могут», — говорит Кришнан.
ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ
Продукты питания и окружающая среда
Роль человека в эволюции рыб
Любопытно, что у рыб есть как минимум две мутации, которые у людей связаны с диабетом и ожирением. Однако у пещерных рыб они могут быть основой некоторых особенностей, которые очень полезны для рыб, у которых иногда бывает много еды, а иногда её совсем нет. Когда учёные сравнивают пещерных рыб и рыб, обитающих на поверхности, которые содержатся в лаборатории в одинаковых условиях, то оказывается, что пещерные рыбы, которых регулярно кормят стандартным кормом для рыб, «набирают вес. У них повышается уровень сахара в крови, — говорит Ронер. — Но что примечательно, у них не появляются явные признаки болезни».
Ронер объясняет, что жиры могут быть токсичными для тканей, поэтому они накапливаются в жировых клетках. «Но когда эти клетки становятся слишком большими, они могут лопнуть, поэтому у людей и других животных, в тканях которых накопилось много жира, часто наблюдается хроническое воспаление». Однако исследование, проведённое в 2020 году Ронером, Кришнаном и их коллегами, показало, что даже у очень упитанной пещерной рыбы было меньше признаков воспаления в жировых тканях, чем у рыбы, обитающей на поверхности. По словам Риддла, даже в условиях скудного пещерного рациона дикие пещерные рыбы иногда могут сильно растолстеть. Вероятно, это происходит потому, что, когда в пещере появляется еда, рыбы съедают её как можно больше, ведь другой может не быть ещё очень долго. Интересно, что, по словам Риддла, их жир обычно ярко-жёлтого цвета из-за высокого содержания каротиноидов — вещества, которое содержится в моркови и которое, как говорила ваша бабушка, полезно для ваших … глаз.
«Первое, что пришло нам в голову, — это то, что они накапливают их, потому что у них нет глаз», — говорит Риддл. На этом виде можно проверить такие предположения: учёные могут скрестить поверхностных рыб (с глазами) и пещерных рыб (без глаз) и посмотреть, на что будет похоже их потомство. По словам Риддла, когда это было сделано, исследователи не обнаружили никакой связи между наличием или размером глаз и накоплением каротиноидов. У некоторых пещерных рыб без глаз жир был практически белым, что указывает на низкий уровень каротиноидов. Вместо этого, по мнению Риддла, эти каротиноиды могут быть ещё одним средством для подавления воспаления, что может быть важно в дикой природе, поскольку пещерные рыбы, скорее всего, переедают, когда находят пищу.
Исследования Кришнана, Ронера и их коллег, опубликованные в 2020 и 2022 годах, выявили другие механизмы адаптации, которые, по-видимому, помогают сдерживать воспаление. Клетки пещерной рыбы вырабатывают меньше определённых молекул, называемых цитокинами, которые способствуют воспалению, а также меньше активных форм кислорода — повреждающих ткани побочных продуктов метаболизма, уровень которых часто повышен у людей с ожирением или диабетом. Кришнан продолжает исследования в надежде понять, как хорошо откормленные пещерные рыбы остаются здоровыми. Ронер, в свою очередь, всё больше интересуется тем, как пещерные рыбы выживают не только при переедании, но и при длительном голодании.
Никаких отходов
На более фундаментальном уровне исследователи всё ещё надеются выяснить, почему мексиканская тетра эволюционировала в пещерную форму, в то время как многие другие мексиканские речные рыбы, которые также регулярно попадают в пещеры, этого не сделали. (В мире насчитывается более 200 видов рыб, адаптированных к жизни в пещерах, но виды, популяции которых также встречаются на поверхности, довольно редки.) «Предположительно, в генетическом коде тетр есть что-то, что облегчает им адаптацию», — говорит Риддл. Несмотря на то, что пещерные рыбы уже давно стали лабораторными животными, которых используют в исследованиях, и их легко купить для этой цели, важно сохранить их популяцию в дикой природе, чтобы они и дальше могли служить нам примером. «На поверхности обитают сотни миллионов рыб, — говорит Ронер, — но популяции пещерных рыб меньше, и они более уязвимы перед такими факторами, как загрязнение окружающей среды и люди, которые во время засухи берут воду из пещер». Один из студентов Риддла, Дэвид Перес Гуэрра, сейчас работает в комитете по поддержке сохранения пещерных рыб. И сами исследователи тоже становятся все более осторожными. “Ткани рыб, собранные во время последней экскурсии нашей лаборатории, были использованы в девяти различных лабораториях”, — говорит Риддл. “Мы ничего не потратили впустую”.
источник: https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2025/how-the-cavefish-lost-its-eyes