Nature E&E: Как рыбы-удильщики бросают вызов эволюционным ожиданиям

Свет на необычную эволюцию рыбы-удильщика — из группы глубоководных обитателей, чьи причудливые адаптации привлекли внимание как ученых, так и общественности, — проливает исследование Университета Райса. 

Работа, опубликованная в журнале Nature Ecology & Evolution, раскрывает, как эти загадочные существа бросили вызов трудностям, чтобы диверсифицироваться в суровой, бедной ресурсами среде батипелагической зоны — части открытого океана, которая простирается от 3300 до 13000 футов под поверхностью океана.

Группа биологов под руководством Кори Эванса и его бывшей студентки Роуз Фошер проанализировала эволюционный путь рыб-удильщиков (Lophiiformes), когда они переходили из среды обитания на морском дне в открытые воды глубоководных районов.

Благодаря современному генетическому анализу и 3D-изображению музейных образцов исследователи реконструировали эволюционное древо рыбы-удильщика и выявили морфологические инновации, которые позволили этим животным процветать в среде, считающейся одной из самых сложных на Земле.

Рыбы-удильщики наиболее известны своими биолюминесцентными приманками, которые свисают с их лба, чтобы привлечь добычу в вечной темноте морских глубин. Однако история их эволюции выходит далеко за рамки этой поразительной адаптации.

Исследование показывает, что глубоководные пелагические рыбы-удильщики (ceratioids) произошли от бентосного предка, обитающего на морском дне. Этот предок жил на континентальном склоне, а затем перешел в открытые воды батипелагической зоны, что послужило основой для быстрых эволюционных изменений. Затем у цератиоидов появились такие черты, как более крупные челюсти, маленькие глаза и сжатое в боковом направлении тело — приспособления, адаптированные к жизни в условиях ограниченного количества пищи и отсутствия солнечного света.

Однако, несмотря на эти тенденции, цератиоиды демонстрировали удивительную вариативность форм тела: от архетипичной шаровидной рыбы-удильщика до удлиненных форм, таких как фенотип «волчья ловушка», челюсти которого напоминают капкан.

Этот вывод стал самым удивительным в исследовании, поскольку батипелагическая зона не сдерживала эволюцию, как ожидалось, несмотря на очевидное отсутствие экологического разнообразия. Напротив, рыбы-удильщики достигли высокого уровня фенотипической дисперсии, превосходящего их бентосных родственников как на мелководье, так и на глубине. Это говорит о том, что вместо того, чтобы быть ограниченными экологическими проблемами морских глубин, цератиоиды исследовали новые эволюционные возможности, диверсифицируя формы своего тела и стратегии охоты.

Благодаря своим уникальным признакам, таким как биолюминесцентные приманки и большие ротовые щели, глубоководные рыбы-удильщики могут быть одним из немногих задокументированных примеров адаптивной радиации в ограниченной ресурсами батипелагической зоне, — говорит Эванс, соавтор статьи и доцент кафедры биологических наук.

Эти черты, вероятно, дали рыбам-удильщикам преимущество в освоении скудных ресурсов и навигации в экстремальных условиях среды, хотя у нас нет убедительных доказательств, напрямую связывающих это разнообразие с подобной специализацией ресурсов.

Эванс отметил, что исследование оставляет возможность того, что неадаптивные процессы, такие как расслабленный отбор или случайные мутации, также могли внести свой вклад в наблюдаемую изменчивость.

Исследователи также сравнили клады рыб-удильщиков в разных местах обитания и получили еще более неожиданные результаты. Прибрежные виды, такие как рыба-лягушка, обитающие в разнообразных и продуктивных средах коралловых рифов, демонстрировали гораздо более низкие темпы эволюционных изменений, чем их собратья в морских глубинах.

Идея о том, что бедная ресурсами однородная среда, например, окруженная со всех сторон только водой, может породить разнообразие планов тела и черепа, является действительно контринтуитивной в этой области, — сказал Фоше, который был соавтором статьи вместе с Элизабет Кристиной Миллер, постдокторантом Калифорнийского университета в Ирвайне.

Когда рыбам приходится взаимодействовать с различными объектами, такими как кораллы и растения на мелководье или песок и камни на морском дне, мы должны были бы ожидать, что у рыб будет большая вариативность формы. Вместо этого мы наблюдаем ее у глубоководных рыб, которым не с чем взаимодействовать, кроме воды.

Для проведения исследования ученые использовали комбинацию передовых методов. Они построили филогению рыбы-удильщика, используя данные 1 092 генетических локусов 132 видов, представляющих примерно 38% описанных видов, дополнив их ископаемыми калибровками и геномными данными для оценки времени дивергенции и предковых мест обитания.

Морфологические данные были собраны с музейных образцов, включая линейные измерения тела и 3D-анализ формы черепа с помощью микротомографии. Для оценки эволюционных тенденций исследователи применили филогенетические сравнительные методы для оценки фенотипической и родовой диверсификации, а анализ различий позволил определить степень морфологических различий между кладами и ареалами обитания рыбы-удильщика.

Затем они использовали байесовские модели для реконструкции мест обитания предков, показав, что цератиоиды произошли от бентосных предков, а затем перешли в пелагическую зону. Наконец, анализ главных компонент показал, как рыбы-удильщики занимают различные области фенотипического пространства, проливая свет на эволюционные тенденции в формах тела, черепа и челюстей.

Рыбы-удильщики — прекрасный пример того, как жизнь может внедрять инновации в условиях экстремальных ограничений, — говорит Эванс.

Эта работа не только углубляет наше понимание биоразнообразия глубоководных обитателей, но и иллюстрирует стойкость и креативность эволюции.

Значение этого исследования выходит за рамки эволюционной истории рыб-удильщиков. Оно дает ценное представление о том, как жизнь приспосабливается к экстремальным условиям. Морские глубины — одна из наименее изученных экосистем на Земле, однако она играет важнейшую роль в глобальном биоразнообразии и углеродном цикле планеты. Понимание того, как организмы, подобные рыбе-удильщику, процветают в таких условиях, помогает ученым предсказать, как жизнь может реагировать на изменения окружающей среды, в том числе вызванные изменением климата.

Кроме того, исследование затрагивает более широкие вопросы макроэволюции: как возникают, адаптируются и диверсифицируются новые виды. Показывая, что даже бедная ресурсами среда может способствовать значительному эволюционному излучению, исследование бросает вызов общепринятым представлениям и открывает новые пути для изучения эволюции в экстремальных средах обитания.

Ранее ученые выяснили, что глубоководная акула-слон различает цвета не хуже людей.

03.12.2024