В списке научных инструментов, которые помогают нам понять здоровье, эволюцию или окружающую среду, тринидадская гуппи не часто приходит на ум.

В США о рыбах чаще думают как о аквариумных питомцах, а на их родном Тринидаде дикие гуппи настолько вездесущи, что их считают чем-то само собой разумеющимся.

«На Тринидаде их называют сливной рыбой, и местные жители спрашивали нас: «Почему вы изучаете сливную рыбу?», — говорит Сара Фитцпатрик, доцент кафедры интегративной биологии Мичиганского государственного университета.

«Гуппи в Тринидаде чем-то похожи на белок в Мичигане», — говорит Сара Эванс, доцент и коллега Фитцпатрика по факультету Колледжа естественных наук.

Но благодаря уникальному сочетанию биологии и экологии гуппи десятилетиями давали исследователям информацию об эволюции. Эванс и Фитцпатрик продвинули эти идеи на шаг вперед, продемонстрировав потенциал гуппи, чтобы помочь исследовать важные вопросы о том, как микробы, живущие в организмах-хозяевах, способствуют здоровью, выживанию и качеству жизни.

Исследовательская группа под руководством Спартанцев, которые оба базируются на биологической станции WK Kellogg, опубликовала свои результаты 25 мая в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

По мере того, как ученые узнают больше о кишечном микробиоме — совокупности микробов, обитающих в пищеварительном тракте организма-хозяина, — становится все более очевидным, что он играет важную роль в благополучии хозяина. На самом деле, здоровье человека тесно связано с нашим кишечным микробиомом.

Эванс и Фитцпатрик интересуются некоторыми общими вопросами биологии и хотели лучше понять, как микробиомы меняются по мере эволюции организмов.

«Поскольку микробиом влияет на приспособленность — здоровье и размножение организма — он может влиять на эволюцию», — сказал Эванс, который является одним из основных преподавателей Программы экологии, эволюции и поведения МГУ, или EEB.

Природа полна таких интересных примеров, среди них и термиты. На своем эволюционном пути термиты приспособились принимать популяции одноклеточных простейших в свой кишечник, что позволяет им переваривать древесину.

Еще один пример — гигантские панды. Диета влияет на микробиом, и панды едят только листья. Тем не менее, микробиомы панд могут больше напоминать микробиомы их плотоядных родственников, чем некоторых их травоядных сородичей. Вероятно, это связано с формой и размером самого кишечника панды, который произошел от плотоядного предка.

Эванс и Фитцпатрик хотели лучше изучить, какие факторы являются основными движущими силами микробиомов по мере эволюции организмов-хозяев. Это могут быть такие вещи, как форма кишечника, диета или характеристики новой среды, которая, вероятно, содержит микробы, чуждые хозяину. Исследователи знали, что гуппи могут одолжить плавник из своей уникальной «природной лаборатории».

«Тринидад — это континентальный остров», — сказал Фитцпатрик, который также является одним из основных преподавателей программы EEB и координатором лаборатории молекулярной экологии и геномики на биологической станции Келлогг. «Он давно отделился от Южной Америки. На самом деле он является продолжением самой северной части горного хребта Анд».

Реки и ручьи стекают по горам Тринидада независимыми системами. В каждой водной системе есть независимые экосистемы гуппи, которые, естественно, не уходят далеко от дома.

В 1950-х годах исследователи эволюции поняли, что они могут взять гуппи из одной экосистемы, где у рыб было много естественных хищников, и поместить их в другую, где их не было. Со временем гены и черты рыб адаптируются, чтобы отражать местные популяции в этих средах с низким содержанием хищников. Точно так же рыба, перемещенная из мест с низким уровнем хищничества, будет адаптироваться при перемещении в ручьи с большим количеством хищников.

«И это повторяемо. Они развиваются во многом одним и тем же почти каждый раз», — сказал Эванс. «Вот почему эта система в учебниках».

«Учитывая, что мы знаем, что гуппи развиваются очень быстро параллельными путями, мы могли бы задаться вопросом, как меняется микробиом по мере эволюции гуппи», — сказал Фитцпатрик.

Эванс и Фитцпатрик вернулись в те же места, где ученые изучали эволюцию гуппи, чтобы вместо этого взять образцы микробиома местных рыб, а также пересаженных популяций. Посетив более десятка различных мест, они взяли образцы линий рыб, которые были пересажены всего пять лет назад, и других, которые были перемещены ближе к 60 годам назад.

Работая с бразильскими экспертами из Университета штата Рио-де-Жанейро, Эванс и Фитцпатрик обнаружили, что микробиомы гуппи меняются в ответ на окружающую среду гораздо быстрее, чем их гены и физические черты. Форма кишечника гуппи, которая определяет, какие типы микробов там выживают, также изменилась быстрее, чем ожидалось.

Тем не менее, в отличие от генов и признаков пересаженных потомков рыб, популяции их кишечных микробов в конечном итоге не совпадали с популяциями, обнаруженными у рыб, обитающих в определенной среде. Однако, несмотря на несоответствие, функции микробиомов были схожими. То есть у трансплантированных линий рыб были другие микробы, которые, по сути, делали то же самое, что и местные.

Эванс и Фитцпатрик придумали идею этого исследования много лет назад, когда они оба были исследователями с докторской степенью. Это была спонтанная идея, но она объединила сильные стороны Эванса, эксперта в области микробиологии, и Фитцпатрика, эксперта в области эволюционной экологии.

«Это захватывающая вещь в междисциплинарном сотрудничестве, слиянии идей и опыта», — сказал Фитцпатрик. «Тогда это открывает новые и интересные вопросы».

Они вдвоем отправились на Тринидад для сбора образцов в 2014 году, и в то время это был побочный проект. С тех пор они открывают свои собственные исследовательские лаборатории в МГУ, что затрудняет поиск времени для завершения проекта — проблема, которая еще больше усугубилась во время пандемии COVID-19.

Теперь они опубликовали исследование в специальном выпуске Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences , в котором представлены работы тех, кто пострадал от коронавируса, особенно женщин и опекунов.

«Мы были очень рады поддержать этот специальный выпуск», — сказал Фитцпатрик. «Трое из четырех авторов — женщины с детьми».

Несмотря на то, что это был специальный выпуск, перед публикацией исследование прошло обычную тщательную экспертную оценку. И исследователи услышали типичную критику подобного исследования.

Для некоторых обозревателей система гуппи слишком запутана; это не дает исследователям достаточного контроля, который они имели бы в лабораторных экспериментах. Для других это не достаточно грязно. Учитывая уникальную экологию гуппи, они задаются вопросом, насколько широко результаты, полученные при изучении гуппи, могут быть применены в природе. Но с другой точки зрения, ни одна учеба не совершенна, и гуппи не позволяют совершенству стать врагом хорошего.

«Мы думаем, что находимся в сладком месте — естественной лаборатории», — сказал Эванс. «Есть сила в том, чтобы иметь что-то среднее».