Самки морских ежей вооружают потомство для жизни в суровых условиях

Новое исследование начинается в местах обитания морских ежей и заканчивается очень важным выводом об изменении климата: не всё потеряно, по крайней мере, для этих животных.

Недавно морские биологи из Калифорнийского университета выяснили удивительную вещь: воздействие стрессовых климатических условий (скажем, низкий рН-уровень) приводит к тому, что самки морских ежей вида пурпурный стронгилоцентротус (Strongylocentrotus purpuratus) чаще производят более выносливое и крупное потомство.

По словам одного из авторов работы Гретхен Хоффман (Gretchen Hofmann), учёные знали, что такие вещи случаются у рыб и у других видов, но подобное исследование никогда не проводилось в контексте изменения климата в местах обитания морских ежей.

"В рамках проекта мы искали доказательства быстрой адаптации организмов в ответ на изменения океана, и мы нашли их", — говорит она.

В первую очень учёные учитывали в своей работе динамические изменения в pH-уровнях по причине апвеллинга (перемещение воды, богатой питательными веществами, к поверхности океана). Специалисты выловили морских ежей из естественной среды и принесли их в лабораторию.

Там они содержались на протяжении четырёх месяцев, самки же в это время "изготавливали" половые клетки – процесс под названием гаметогенез (образование половых клеток, или гамет). После того, как они были получены и оплодотворены, специалисты тщательно изучили эмбрионы.

Две группы ежей содержались в воде с разными pH-уровнями: в одной ёмкости была вода с низким pH-уровнем, сродни условиям закисления океана, в другой максимально близко имитировались обыкновенные условия, без апвеллинга. После чего учёные сравнили потомство двух групп.

"Результаты оказались более радикальными, чем мы ожидали. Казалось, самка смогла почувствовать, что её потомство в скором времени попадёт в достаточно непростые условия, где будет происходит раннее развитие. В ответ на это она "заправила" своё потомство и оснастила его инструментами для борьбы со стрессовыми условиями. Как будто она упаковала им рюкзак с инструментами, включая дополнительные липиды", — рассказывает Хоффман.

Используя новейшую технологию секвенирования, специалисты изучили транскриптом – каждый ген, активированный у эмбриона.

"Две группы были очень разными, — говорит ведущий автор исследования Джульетта Вон (Juliet Wong). – Потомство самок морских ежей, подвергшихся низким pH-уровням, обладало большим количеством "включённых" генов и было лучше подготовлено к стрессовым условиям. Мы были очень удивлены, обнаружив это".

Одним из механизмов, приводящих к изменению в экспрессии генов, является эпигенетическое изменение. При таких изменениях самка способна сама изменять геном своего потомства, чтобы заставить определённые гены по-разному экспрессировать.

Попутно поясним, что эпигенетика, изучающая эти "надстройки" в геноме, — довольно молодое направление современной науки. Например, раньше считалось, что набор генов, с которыми человек рождается, определяет всю нашу жизнь.

Теперь же стало ясно, что гены можно как "включать", так и "выключать" за счёт разных факторов воздействия. Природа с помощью эпигенетических механизмов регулирует, например, реакцию на стрессовые ситуации. Так, дети и внуки голодавшей во время беременности матери будут эпигенетически другими, а вот ожирение отца изменит уже не эпигенетику, а генетику детей (то есть не "надстройки" в генетическом коде, а саму цепочку ДНК).

Иными словами, эпигенетика изучает процессы, которые приводят к изменению активности генов, но (ключевой момент!) без изменения самой последовательности ДНК.

"Эта работа показывает, что быстрая адаптация, возможно, присутствует у многих организмов, — объясняет Хоффман. – Поскольку фиолетовые самки морских ежей могут подготовить своё потомство к будущему стрессу, у ежей есть все инструменты, чтобы реагировать на такие изменения, как закисление океана".

На сегодняшний день члены исследовательской группы уже начинают проводить эксперименты в естественных условиях обитания морских ежей, чтобы проверить, играет ли роль эпигенетика в таких местах.

"На сегодняшний день мы знаем, что самки таких морских ежей способны лучше подготовить потомство к более суровым условиям, чем мы думали. Поэтому наши результаты особенно обнадёживающие", — заключает Хоффман.

Результаты исследования представлены в научном издании Molecular Ecology.