Согласно недавнему исследованию, слепые пещерные рыбы в Мексике развивают дополнительные вкусовые рецепторы на голове и подбородке по мере взросления, причем эта уникальная адаптация начинается примерно в возрасте пяти месяцев и продолжается во взрослом возрасте.
Генетические механизмы расширения вкусовых рецепторов
Расширение экстраоральных вкусовых рецепторов у пещерных рыб регулируется сложными генетическими механизмами. Количественный генетический анализ показал, что пространственно различные вкусовые рецепторы на голове в первую очередь опосредованы двумя различными пещерно-доминантными локусами. Интересно, что генетическая архитектура, лежащая в основе этой черты, различается между пещерными популяциями, что предполагает независимую эволюцию расширения вкусовых рецепторов в различных пещерных линиях. Например, исследования показали, что примерно 10-12 генетических факторов участвуют в опосредовании этой черты у пещерных рыб из местности Пачон. Плейотропная функция гена звукового ежа (shh) играет решающую роль в связи усиления оральных и вкусовых признаков с потерей глаз у слепых эмбрионов пещерных рыб. Гиперактивная передача сигналов Shh не только способствует дегенерации глаз, но и способствует увеличению размера челюсти и количества вкусовых рецепторов. Этот генетический компромисс подтверждается обратной зависимостью между размером глаза и размером челюсти/количеством вкусовых рецепторов, наблюдаемой при генетических скрещиваниях между пещерными и поверхностными рыбами. Кроме того, геном пещерной рыбы демонстрирует расширение семейства генов рецепторов горького вкуса (T2R), потенциально повышая их способность обнаруживать более широкий спектр вкусовых веществ в бедной питательными веществами пещерной среде.
Конвергентная эволюция у пещерных рыб
Конвергентная эволюция у пещерных рыб, особенно у Astyanax mexicanus, проявляется в повторяющейся потере глаз и пигментации в независимо эволюционировавших пещерных популяциях. Это явление происходило, по крайней мере, в двух отдельных линиях, причем пещерные рыбы из разных регионов произошли от разных предков поверхностных рыб. Конвергенция этих черт обусловлена сильным давлением отбора в экстремальных пещерных условиях, что приводит к быстрой и одновременной эволюции множества характеристик.Ключевые аспекты конвергентной эволюции у пещерных рыб включают:
- Повторяющаяся потеря глаз и пигментация у различных популяций пещер
- Улучшенные сенсорные системы, такие как увеличение вкусовых рецепторов и механосенсорных органов
- Сдвиги в поведенческих чертах, включая режим сна и пищевое поведение
- Молекулярная конвергенция в эволюции альбинизма
- Персистенция афферентной активности во время локомоции, наблюдаемая в трех независимо выведенных популяциях пещерных рыб
Считается, что эти конвергентные адаптации являются результатом комбинации отбора на основе устойчивой генетической изменчивости и мутаций de novo. Интересно, что гены, многократно эволюционирующие между пещерными линиями, как правило, длиннее, что предполагает большую мутационную возможность по сравнению с другими генами в геноме. Эта модель конвергентной эволюции дает ценную информацию о повторяемости и предсказуемости адаптивных изменений в экстремальных условиях.
Адаптивное значение экстраоральных вкусовых рецепторов
Считается, что развитие экстраоральных вкусовых рецепторов у слепых пещерных рыб является адаптивной реакцией на их уникальную среду обитания. Эти вкусовые рецепторы, вероятно, повышают способность рыб обнаруживать и находить дефицитные источники пищи в темных, бедных питательными веществами пещерных экосистемах. Расширение вкусовых рецепторов совпадает с диетическим сдвигом от живых кормов к гуано летучих мышей по мере взросления рыбы, что предполагает потенциальную роль в определении содержания питательных веществ в их ограниченном запасе пищи. Хотя точная функция остается неясной, исследователи предполагают, что это сенсорное улучшение компенсирует потерю зрения, позволяя пещерным рыбам лучше ориентироваться и выживать в своей сложной среде обитания. Конвергентная эволюция этого признака в различных популяциях пещерных рыб еще больше подтверждает его адаптивное значение, указывая на общее давление окружающей среды, стимулирующее развитие экстраоральных вкусовых рецепторов.