Изучение угрей мурен в Индо-Тихом океане показало очень маленькое генетическое разнообразие. Каким образом тогда там возникло 150 разновидностей угрей?

Джошуа Рис заинтересовался угрями муренами в 2005 году, когда он обратился к программе доктора философии Гавайского университета. Вместо того, чтобы взять Риса на экскурсию по кампусу, Брайан Боуэн, биолог университета, взял его на погружение. Вблизи юго-западного побережья Оаху Рис заглянул под горный выступ и был поражен, увидев пять различных видов угрей мурен. Позже, когда он выловил угрей, он обнаружил и одинаковые разновидности рыб в их желудках.

Эти пять видов угрей были немедленно отмечены Рисом как проект для диссертации. «Как у вас может быть пять разновидностей одной и той же рыбы, которая питается одним и тем же и живет одно и той же скалой в буквальном смысле этого слова?» — спрашивает он. – «Разновидности не существуют так. Если они используют ту же самую нишу, они не развиваются столь разносторонне, а если они развиваются по-разному, то они не используют одинаковую нишу».

 

Что было с угрями?

Рис, являющийся в настоящее время аспирантом на кафедре биологии в Вашингтонском университете искусства и науки в Сент-Луисе, все еще не знает ответа, но имея только что оконченное полигеографическое исследование особей Muraenidae, одного с угрями семейства, он лучше понимает смысл проблемы.

Исследование, опубликованное в онлайн выпуске журнала «Наследственность», было создано в соавторстве с Боуэном, Аланом Ларсоном, доктором философии, профессором биологии Вашингтонского университета, советником Риса и двумя студентами-биологами из Вашингтонского университета: Кавитой Джоши, теперь студенткой Вашингтонского университета, кафедры медицины, и Вадимом Гоз, ныне обучающимся в военно-медицинского академии горы Синай.

Рис и его коллеги выловили две разновидности угрей: волнистую мурену (Gymnothorax undulatus) и обрамленную желтым мурену (G. flavimarginatus) в дюжине различных мест Тихого океана. Они искали генетические различия, которые могли бы указать на разрыв в генном потоке угрей в настоящем и в прошлом.

Тихий океан – это огромная масса воды, которая покрывает две трети поверхности планеты. И все же Рис и его коллеги выяснили, что обе разновидности были гомогенным на всем океанском бассейне.

Результаты их исследований квалифицируют мурен как самую космополитическую рыбу на всем рифе. Но это только сгущает покров над тайной, как в Тихом океане сформировалось 150 разновидностей угрей.
 

Отвратительный субъект

Одно преимущество изучения угрей мурен состоит в том, что вы вряд ли будете потревожены другим докторантом по крайней мере до тех пор, пока ныряете по рифам и ловите угрей.

У угрей есть множество черт, которые предполагают только живую разведку. Например, «идти на штурм», они охотятся вместе с сородичами на дикой местности.

С другой стороны, они также широко известны внезапными и вопиющими по своей агрессивности атаками. К двери офиса Риса прикреплена фотография предплечья, красного от крови, укушенного угрем, с которого снимают кожу. Он говорит, что специально держит при себе это воспоминание, чтобы быть осторожным с этими рыбами.

«У мурен есть два ряда челюстей» — объясняет Рис.- «Наружные челюсти и ряд челюстей в горле, которые были названы глоточные. В обеих парах челюстей есть большие клыки, стоящие спереди. Когда угорь нападает на добычу, он фактически кусает ее дважды. Они вертят добычу, удерживая наружными челюстями, а затем начинают задействоваться глоточные челюсти, чтобы втянуть жертву вниз горла».

К тому же, добавляет Рис, укусив, они не отпускают. Вам нужно разбить им череп, чтобы уплыть прочь.

 

Как вы вылавливаете животное, которое служило вдохновение для фильма «Пришелец»?

Первоначально Рис попытался сделать отверстия в стальных банках, наполнив их рыбой и подвесив в ловушке, которую он бросил примерно на глубине в четыре фута. «В течение приблизительно 10 минут, — говорит он, — четырехфутовая мурена плавала, вынюхивала ловушку, и заплывала в отверстие. «О, — думал я, — все проще, чем казалось!». Но тут мурена укусила стальную банку. «Стоп, подумал я». А затем мурена развернулась, проплыла через петлю ловушки и отплыла. Я получил ее ДНК, но не так легко, как думал».

В конце концов команда использовала два метода вылова. Некоторые угри были пойманы в ловушках с крюками. «Я поймал целых сто особей четырьмя ловушками  в течение ночи», — говорит Рис. На семифутовое копье на глубине была установлена стрелка биопсии размером с резинку карандаша, которая производила забор тканей, говорит Рис, она же и отвлекала мурен от приставаний к водолазу.

Его команда собрала 289 угрей, получив лишь две раны: один укус в руку и один в ногу (оператора-документалиста, который участвовал в отлове вместе с учеными).

 

Океанские пловцы

Менее одного процента площади океана состоит из рифов, пригодной среды обитания, и взрослые рыбы предпочитают болтаться в кораллах, дома, скрываясь от хищников. Но как тогда получается, что одинаковые разновидности рыбы могут находиться на отделенных друг от друга барьерах коралловых рифов или коралловых атоллах?

Ответ таков: у большинства рыб рифа существует стадия юношества, названная морской (океанской) личинкой, которая позволяет им рассредоточиваться в открытом океане.

Личинки плавают или дрейфуют в поверхностных потоках, иногда изменяя плавучесть, чтобы использовать не только поверхностные, но и глубокие потоки, пишет Рис в газете «Наследственность».

Эта блуждающая фаза на столько важна, что некоторые биологи предложили в качестве эмпирического правила, что та личинка, которая дольше прожила (более долгая «морская продолжительность»), будет более гомогенной разновидностью, чем могла быть.

Угри мурены дают возможность для проведения идеального теста этой идеи. Они – плохие пловцы, как подростки, так и взрослые, придерживаются нескольких квадратных метров рифа. С другой стороны у них наиболее долгая фаза морской личинки.

Принимая во внимание, что личинки другой рыбы могли бы жить в течение месяца или двух, личинки угря мурены живут несколько месяцев или даже лет.

Тонкая, длинная личинка, названная leptocephalus, одна из самых простых самоподдерживающихся позвоночных форм, говорит Рис. Его тело – лишь одна ячейка с толстой стенкой, внутри у нее нет пищеварительного тракта.

«Большинство личинок рифовой рыбы питается планктоном, — говорит Рис, — личинки мурены настолько просты, что не могут даже переварить планктон. Таким образом, они питаются экскрементами планктона и его кормом».

«Нелепо выглядит тот факт, что эти ужасные хищники слишком тонки и слабы, чтобы даже съесть планктон. Они могут есть лишь корм планктона и испражнения,» — говорит он смеясь.

 

Океанские барьеры?

В учебниках биологии механизмом появления разнообразия видов (расколом населения на две группы, которые больше не скрещиваются) является географическая изоляция. Одна группа отделяется от другой, например, формируется горная цепь, а затем, в течение долгого времени две подобные группы становятся непохожи друг на друга.

Вопрос – есть ли в океане такие же барьеры, которые играют такую же роль в разнообразии видов, подобно горным цепям на земле?

Есть два подобных океанских барьера – Восточный Тихоокеанский барьер и Шельф Сунда.

Восточный Тихоокеанский барьер – это открытый океан, шириной 3000-5000 километров, который отделяет Гавайский архипелаг и Центральные Тихоокеанские острова. «Это слишком большое водное пространство для личинок, чтобы они имели возможность спариваться» — говорит Рис.

Шельф Сунда, с другой стороны, является областью мелководья между Индийским и Тихим океаном, который неоднократно всплывал, когда уровень воды в морях падал из-за обширного замерзания.

Разделяли ли эти барьеры волнистых и обрамленных желтым мурен?

Глядя на отобранные митохондриальные и ядерные гены, биологи задались вопросом, были ли уникальные аллели (варианты) этих генов, и была ли степень различия соотносима с географическим разделением.

Они обнаружили сильное изменение генов угря, но фактически ни у одного из них не было географической структуры. Иными словами, то, где жил угорь, не влияло на генетические корректировки.

«Некоторые из участков, где осуществлялась выборка, находятся примерно на расстоянии 22 тысячи километров, что по существу составляет две трети земного шара, — говорит Рис, — и все же вы находите те же самые аллели в Южной Африке, как это было в Панаме».

«Единственный способ получать генетический материал на таких расстояниях, — говорит Рис, — это через генный поток «leptocephali», иными словами, переправлять гены от одного населения к другому, сохраняя генофонд».

У нескольких других рыб рифа, как также стало известно, существуют дисперсионные морские стадии. Однако даже эти разновидности показывают четкое генетическое деление в главных биогеографических барьерах.

Угри мурены до сих пор находятся в классе чемпионов по дисперсии.

 

Нерешенная загадка

Хотя обзор гидрогеографии ответил на несколько вопросов, он породил другие.

Если обе разновидности угрей в состоянии поддерживать генетическую возможность объединения через весь океанский бассейн, то как возникли другие разновидности?

И не только эти две. В общем существует 150 разновидностей угрей мурен в Индо-Тихом океане, включая гиганта, ленту, снежинку, зебру, дракона, веснушчатую мурену с розовыми губами, с узкой челюстью, с игловидной челюстью, гадюку, бродягу, угря с пятнистыми губами и еще множество загадочных угрей…

Когда и как сформировались отдельные разновидности, если их личинки практически неподвластны географической изоляции?

Что еще более усложняет положение вещей, говорит Рис, многие разновидности угря делят одну и ту же среду обитания, делят ареал распространения и пункты добывания пищи. В большинстве групп, говорит он, когда одна разновидность проигрывает другой, проигравший исчезает. Те же самые правила действуют у морен, и никто не знает почему.

Другими словами, он, возможно, отыскал под тем выступом в скале свою докторскую диссертацию.

———

перевод: https://www.innovations-report.com/html/reports/life_sciences/cosmopolitan_eels_152198.html