Ученые из Университета Райса представили новое исследование, проливающее свет на удивительную эволюцию глубоководных удильщиков — рыб, обитающих в экстремально глубоких частях океана. Работа показывает, как удильщики смогли приспособиться и увеличить видовое разнообразие в суровых условиях батипелагической зоны, которая находится на глубинах от 1000 до 4000 метров. Это место почти полностью лишено света и обладает крайне ограниченными ресурсами.
Работа под руководством биологов Кори Эванса и Роуз Фошер, реконструировала эволюционный путь удильщиков (отряд Lophiiformes). Используя генетический анализ и 3D-сканирование музейных образцов, ученые выяснили, что предки глубоководных удильщиков (цератиоидов) изначально обитали на морском дне, вдоль континентального склона. В какой-то момент эти рыбы начали осваивать открытые воды батипелагической зоны, что спровоцировало стремительные эволюционные изменения.
Удильщики приобрели ряд уникальных черт, включая увеличенные челюсти, уменьшенные глаза и уплощенное тело, что позволило им выживать в условиях скудного питания. Однако, вопреки ожиданиям, строгие ограничения среды не затормозили их эволюцию. Напротив, цератиоиды продемонстрировали разнообразие форм тела, превышающее даже их родственников, обитающих на мелководье или дне.
Самым удивительным открытием стало то, что, несмотря на однородность среды глубокого океана, удильщики достигли высокого уровня морфологического разнообразия. Например, они развили формы тела от округлых до вытянутых. Один из ярких примеров — вид с «ловчими челюстями», напоминающими капкан.
«Мы привыкли считать, что разнообразие форм должно быть выше там, где много различных объектов для взаимодействия в другими объектами, например, кораллами и растениями на мелководных рифах или камнями на морском дне», — отмечает Фошер. «Однако удильщики демонстрируют неожиданную вариативность в среде, где единственное окружение — это вода». Это открытие перевернуло традиционные представления о том, как происходит эволюция в экстремальных условиях.
Одной из ключевых особенностей удильщиков является их биолюминесцентный «фонарь», расположенный на голове. Этот светящийся орган служит приманкой для добычи в полной темноте. Биологи считают, что такая адаптация помогли удильщикам успешно охотиться и использовать ограниченные ресурсы батипелагической зоны.
«Мы видим в удильщиках пример адаптации к среде с низкими ресурсами, что крайне редко», — отмечает Эванс. При этом ученые подчеркивают, что эволюционное разнообразие может объясняться не только адаптацией, но и случайными мутациями или ослаблением естественного отбора в условиях, где конкуренция минимальна.
Для исследования эволюции удильщиков команда использовала широкий спектр современных методов, включая анализ ДНК 132 видов (38% от всех известных видов удильщиков) и 3D-моделирование формы черепа. Также применялись сравнительные методы анализа, чтобы проследить изменения в формах тела и челюстей, а модели на основе байесовских вычислений помогли восстановить эволюционные пути предков современных представителей вида.
Это исследование не только проливает свет на эволюционную историю удильщиков, но и дает важные инсайты о том, как жизнь адаптируется к экстремальным условиям. Глубоководная среда остается одной из самых неизученных экосистем на Земле, но ее роль в глобальном биоразнообразии и углеродном цикле планеты крайне значима.
Понимание того, как организмы выживают в таких условиях, поможет экспертам предсказывать реакции живых существ на изменения климата и другие экологические вызовы. Кроме того, работа поднимает более широкие вопросы макроэволюции, демонстрируя, что даже ресурсно ограниченные среды способны стимулировать появление новых видов и форм.
«Удильщики — это пример того, как природа может проявлять изобретательность в самых жестких ограничениях», — заключает Эванс.
Ранее ученые выяснили, как эволюционировал человеческий мозг.