Международная группа учёных во главе с исследователями из Уппсальского университета (Швеция) сообщает, что изменение всего одной аминокислоты в светочувствительном белке родопсине сыграло решающую роль в адаптации атлантической сельди к жизни в Балтийском море.
Спутниковые данные показывают, что освещённость в толще вод Балтийского моря смещена в сторону красного цвета по сравнению с Атлантическим океаном, потому что растворённый в воде органический материал поглощает световые волны синего диапазона. Исследователи проверили, насколько адаптировано к таким условиям зрение балтийского подвида атлантической сельди (Clupea harengus membras).
«Атлантическая и балтийская сельдь оказываются отличными моделями для эволюционных исследований по двум причинам, — объясняет доктор Лейф Андерссон (Leif Andersson) из Уппсальского университета и Техасского университета A & M, руководивший исследованием. — Во-первых, огромные размеры их популяции позволяют нам изучать эффекты естественного отбора без беспорядочных стохастических изменений частот генетических вариантов, которые происходят в небольших популяциях. Во-вторых, заселение солоноватых вод Балтийского моря сельдью в течение последних 10 000 лет (после последнего оледенения) даёт возможность изучить, что происходит, когда вид адаптируется к новой среде».
Исследовав атлантических и балтийских сельдей, учёные обнаружили замену аминокислоты фенилаланина на тирозин в светочувствительном белке родопсине. Это изменение, по их мнению, сыграло решающую роль в адаптации зрения сельдей к условиям Балтийского моря. Аминокислоты фенилаланин и тирозин структурно очень похожи и отличаются только наличием гидроксильной группы в тирозине. Однако присутствие тирозина в родопсине балтийской сельди изменяет кристаллическую структуру белка и смещает поглощение света сетчаткой примерно на 10 нанометров к красному концу спектра, что позволяет сетчатке улавливать больше фотонов в условиях Балтийского моря.
Когда учёные проанализировали аминокислотную последовательность родопсина у более чем 2000 видов рыб, они обнаружили, что около трети всех видов, обитающих в солоноватой или пресной воде, имеют точно такое же генетическое изменение, что и у балтийской сельди, тогда как почти у всех рыб, обитающих в солёных морских водах, вариант родопсина с фенилаланином, как у атлантической сельди. «Удивительно, что мы видим, как одна и та же мутация происходит независимо, по крайней мере, двадцать раз, это действительно яркий пример конвергентной эволюции на молекулярном уровне», — говорит один из авторов работы Эрик Энбоди (Erik Enbody).
Авторы предполагают, что изменение родопсина особенно важно на ранней стадии развития и новый вариант белка позволяет малькам лучше использовать световую среду в Балтийском море при поиске пищи и избегании хищников. Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что атлантический лосось и кумжа, которые нерестятся в пресной воде, но большую часть жизни проводят в море, в родопсине имеют тирозин, как пресноводные рыбы. Напротив, европейский и японский угри, которые рождаются в морских водах, но большую часть своей взрослой жизни живут в пресной воде, имеют фенилаланин, как и подавляющее большинство морских рыб.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
