Сульфид водорода или сероводород (H₂S) потенциальный ингибитор аэробного дыхания. Однако популяции короткоплавничных моллинезий колонизируют ручьи, в воде которых отмечается высокая концентрация данного соединения. Новая работа сотрудников Исследовательского центра Биоразнообразия и Климата LOEWE и Института имени Гёте в Франкфурте на Майне открыла свидетельства того, что минимальные генетические изменения способны минимизировать токсическое влияние сероводорода. Это позволяет рыбам выживать во враждебной окружающей среде. Исследование впервые представило молекулярные механизмы данной адаптации.

Короткоплавничная моллинезия (Poecilia mexicana) достигает всего нескольких сантиметров, однако это особенный вид. Популяции вида Poecilia mexicana, родственниками которого являются знаменитые гуппи, захватывают вулканические ручьи Южной Мексики, богатые сульфидом водорода. Случилось невозможное, смертельно опасные для многих животных сульфидные воды стали пристанищем моллинезий. Даже минимальные концентрации газа блокируют цитохром-c-оксидазный комплекс (COX). Повышение уровня сероводорода приводит к более выраженному ингибированию активности COX. Так как данный комплекс вовлечен в реализацию дыхательной функции, в конечном счете, сульфид водорода оказывается летальным.

Изменения в генах делают рыбок менее восприимчивыми к яду. Команда ученых под руководством профессора Маркуса Пфеннингера (Markus Pfenninger) из Исследовательского центра Биоразнообразия и приват-доцента доктора Мартина Плата (Martin Plath) Климата LOEWE и Института имени Гёте в Франкфурте на Майне подробно рассмотрела особенности данной адаптации. Анализ продемонстрировал, что COX активность короткоплавничной моллинезии, обитающей в H₂S-содержащих водах, остается фактически неизменной при высоких концентрациях сероводорода. Это обусловлено рядом изменений в генах cox1 и cox3, которые обнаруживаются лишь в популяциях, обитающих в вулканических водоемах. Таким образом, подселение особей того же вида из других областей обитания в отравленные воды приводит к их гибели.

Молекулярные механизмы приспособления к экстремальным условиям обитания
«В статье мы представили анализ ключевых адаптаций к экстремальной среде, вплоть до молекулярных основ на уровне аминокислот. Впервые, мы можем отметить точку, где произошла адаптация», сказал Пфеннигер. Команда также смоделировала трехмерную структуру белка для того, чтобы пролить свет на значимость структурных изменений аминокислот в гене cox1. Без этих модификаций колонизация сульфидных вод рыбками была бы невозможна. Благодаря заселению ручьев, где отсутствуют какие-либо конкуренты, моллинезии могут изобиловать, питаясь личинками мошки, которые также устойчивы к H₂S.

Близкородственные рыбки следуют различными путями приспособления. Работа также показала, что близкородственные популяции развиваются параллельно, а также различными путями в ответ на схожие условия окружающей среды. Исследователи изучили три популяции моллинезий. Особи двух популяций имели аналогичные изменения генетического материала, позволяющие им существовать в ядовитых ручьях. С другой стороны, представители третьей популяции также были устойчивы к сероводороду, однако механизмы их адаптации остаются загадкой.
——
Markus Pfenninger, Hannes Lerp, Michael Tobler, Courtney Passow, Joanna L Kelley, Elisabeth Funke, Bastian Greshake, Umut Kaan Erkoc, Thomas Berberich, Martin Plath. Parallel evolution of cox genes in H2S-tolerant fish as key adaptation to a toxic environment. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4873