Как родственники морских коньков приобрели свою странную форму

Так называемые «морские драконы», морские коньки и их родственники из семейства игловые имеют очень причудливые форму и образ жизни. В новом исследовании биологи обратили внимание на их геном и выяснили, как происходила эволюция этих рыб.

Среди множества странных и необычных морских созданий выделяются рыбы из семейства игловые. Они совсем не похожи на обычных рыб: либо очень тонкие и вытянутые (как морские иглы), либо изогнутые и с искривленным позвоночником (морские коньки и «морские драконы», sea dragons).

Именно на их примере ученые из США решили разобраться, какие изменения в геномах рыбсделали возможным подобное строение. Объектами исследования стали два «морских дракона» — Phyllopteryx taeniolatus и Phycodurus eques, известный также как морской конек-тряпичник. С родственными настоящими морскими коньками (Hippocampus sp.) их сближают изогнутый позвоночник, тонкое вытянутое рыло, которое лишено зубов и хорошо подходит для питания мелкой морской живностью. Как и в случае коньков, о потомстве у этих рыб заботятся самцы.

Однако изученные рыбы, пожалуй, выглядят даже диковиннее — из-за многочисленных шипов и выростов на теле. Они похожи на морские водоросли и обеспечивают хорошую маскировку на фоне подводных зарослей, в том числе благодаря особой покачивающейся манере передвижения рыб.

До недавнего времени не было понятно, каким образом эти животные так преобразились. Ученые подозревали, что эволюция изменила регуляцию их развития — так называемые факторы роста фибробластов. «Они чрезвычайно важны для формирования, скажем, зубов, которые эти существа утратили, для формы рыла или разрастания выростов — и это лишь некоторые примеры», — рассказываетСюзи Бесшам (Susie Bassham), один из авторов из Университета Орегона (США).

Изучение геномов обеих рыб показало совершенно неожиданные эволюционные преобразования. Некоторые гены, кодирующие упомянутые факторы роста фибробластов (FGF), в них вовсе отсутствуют. Это означает и перестройку системы регуляции экспрессии генов — ничего подобного в диких популяциях биологи еще не встречали. К тому же геномы «морских драконов» оказались богаты повторяющимися последовательностями, в том числе так называемыми транспозонами (мобильными генетическими элементами) — участками ДНК, способными перемещаться по геному и создавать собственные копии.

Долгое время такие последовательности считали «мусорной ДНК», не выполняющей полезных функций. Однако сейчас «прыгающие гены» (транспозоны) и склонные к быстрым разрастаниям повторы ДНК считают функциональными и даже «горячими точками» быстрых эволюционных преобразований. Вероятно, во многом именно они создали такой вычурный шедевр эволюции, как морские коньки и их родственники.

Любопытно, что авторы новой статьи в PNASтакже сделали «морским драконам» компьютерную томографию высокого разрешения, благодаря которой узнали о строении и развитии их листовидных выростов. Они не имеют ничего общего с плавниками этих рыб, которые сильно редуцированы и едва заметны.