Можно было бы предположить, что в обширных океанах их обитатели могут перемещаться далеко и широко, и в результате популяции видов будут свободно смешиваться. Но, похоже, это не относится к жизненно важной кормовой рыбе, называемой песчанкой.
Песчанка — это небольшая стайная рыба, впечатляюще богатая липидами, что делает ее фантастическим и важным источником пищи как минимум для 70 различных видов, от китов и акул до морских птиц, — говорит доцент кафедры морских наук Калифорнийского университета в Коннектикуте Ханнес Бауманн.
Северного песчаного копья можно найти в водах у берегов Нью-Джерси на севере до Гренландии. Исследователи, в том числе Бауманн и доктор философии. студент Лукас Джонс интересовался, составляют ли песчанки массивную однородную популяцию или существуют генетически различные группы. Их выводы опубликованы в журнале ICES Journal of Marine Science .
Бауманн объясняет, что это важные вопросы, на которые необходимо ответить при рассмотрении вопроса о сохранении и устойчивом управлении видом, особенно с учетом того, что регионы, где живут песчанки, нагреваются быстрее, чем многие районы планеты, из-за изменения климата .
Отбор проб рыбы из такого широкого ареала — непростая задача, но два года назад Бауманн и Джонс начали обращаться к другим исследователям, чтобы узнать, есть ли у них лишние образцы тканей . Бауманн приписывает работу международной группе коллег, которые предоставили образцы, в том числе соавторам из Канады и Гренландии, и помогли упорядочить и проанализировать данные, включая соавторов из Корнельского университета.
В целом Бауманн, Джонс и их команда смогли секвенировать и проанализировать около 300 образцов из разных мест по всему ареалу песчанки, используя метод, называемый секвенированием всего генома с низким охватом. Они также секвенировали первый эталонный геном песчанки.
Короче говоря, Бауманн говорит, что они нашли область на шельфе Шотландии, у побережья Новой Шотландии, где происходит генетический разрыв. Исследователи выделили две отдельные группы, одну к северу и одну к югу от водораздела, части генома которых довольно сильно различались, а именно по хромосомам 21 и 24. Без явных физических барьеров, таких как горный хребет, разделяющий группы, Бауманн говорит, что логично задаться вопросом : как возможны эти различия.
«Это научная головоломка», — говорит Бауманн, и ответ, похоже, лежит в течениях.
«Когда рыба с севера размножается и дрейфует на юг, она генетически менее приспособлена к более теплым южным водам, даже если зимой на пять или шесть градусов теплее, они просто не выживают», — говорит Бауманн. «Эти популяции могут быть связаны океанскими течениями , но реализованная связь практически равна нулю».
Это открытие является первым для песчанки, но оно было продемонстрировано и для других видов, таких как омары, треска и гребешки, и это исследование добавляет дополнительные доказательства очевидной разницы температур на шельфе Шотландии и помогает продемонстрировать, что температура является важный фактор выживания.
«Пример за примером показывает, что океан — не такое однородное место, как можно было бы ожидать, и существует множество вещей, препятствующих этому постоянному перемешиванию», — говорит Бауманн. «Мы нашли еще один яркий тому пример».
Когда исследователи находят адаптацию в среде, где смешение происходит непрерывно, как в океане, говорит Бауманн, вопрос заключается в том, как возможно, что группы остаются разными, даже если они постоянно сталкиваются с другими генотипами. Именно здесь пригодятся мощные геномные методы, подобные тем, которые используются в этой статье.
«Части генома у многих видов имеют то, что мы называем «генетической инверсией», что означает, что гены на хромосоме от одного родителя имеют определенный порядок, а гены на той же хромосоме, происходящие от другого родителя, кодируют то же самое, и это одна и та же область, но они перевернуты», — говорит Бауманн.
Эти инверсии означают, что рекомбинация невозможна; следовательно, гены передаются из поколения в поколение и играют важную роль в адаптации.
«Мы обнаружили, что на хромосомах 21 и 24 есть целые области, которые совершенно разные, и это похоже на торговую марку того, что мы называем инверсией, потому что рекомбинация не происходит».
Бауманн говорит, что важно знать, что на шельфе Шотландии существуют генетические и экологические барьеры, потому что с изменением климата этот барьер может сместиться на север, и хотя это может быть хорошей новостью для южных рыб, это плохие новости для рыб, обитающих в настоящее время.
Исследователи также немного обрадовались обнаружению двух скоплений, потому что, если бы было много меньших скоплений, это могло бы затруднить управление и сохранение, особенно с учетом таких сценариев, как строительство морских ветровых парков. Районы, потенциально удачно расположенные для ветряных турбин, также могут быть средой обитания песчанки, а строительство разрушает среду обитания.
Если бы было много небольших скоплений населения, один строительный проект мог бы создать риск полного уничтожения скопления, тогда как с более широко рассредоточенными популяциями, хотя местное население может быть временно нарушено, не пройдет много времени, прежде чем они смогут восстановить после завершения строительства.
Бауманн планирует сосредоточить дальнейшие исследования на изучении генетической основы теплового разрыва.
«Мы хотим убедиться, что эта рыба продуктивна и устойчива, несмотря на изменение климата, поэтому мы должны обеспечить защиту тех районов, где они встречаются», — говорит Бауман. «Эти решения должны включать экспертов, чтобы гарантировать, что если есть область, которая очень важна для песчаного копья, то любые нарушения носят временный характер».
Это не неразрешимый конфликт, но это то, что нам нужно сделать, — говорит Бауманн, который также отмечает, что, возможно, песчанки к северу от термального водораздела уже больше страдают от потепления, потому что регион нагревается быстрее.
«Возможно, эти два кластера имеют разную уязвимость к изменению климата», — говорит он. «Мы пока этого не знаем, но это то, чем следует заниматься».
