Международная команда, базирующаяся в Кембриджском университете и Институте Wellcome Sanger в Великобритании, Университете Осло в Норвегии, а также в институтах в Нидерландах, Швейцарии и США, секвенировала геномы 24 видов антарктических рыб. Их работа, опубликованная в журнале Nature Communications , позволяет изучить, как эти рыбы выживают в условиях низких температур Южного океана, и проливает свет на эволюционную историю этих культовых животных.

Нототениоиды представляют собой уникальную группу видов рыб. Они живут в холодных водах под антарктическим льдом, в значительной степени изолированы от остального морского мира круговым течением вокруг континента. Нототениоиды выработали белки-антифризы , которые позволяют им выживать при температуре воды , которая может достигать -2°C, что является враждебной средой для большинства видов. Одна подгруппа нототениоидов, называемая «ледяная рыба», потеряла связывающие кислород белки гемоглобина, что делает их единственными известными позвоночными, не имеющими эритроцитов.

Исследователи секвенировали геномы 24 видов нототениоидных рыб. Эти новые данные о геноме были созданы с использованием новейших технологий длительного считывания, что позволило команде определить последовательность сложных повторяющихся участков ДНК в геноме, которую ранее было невозможно расшифровать. Используя эти новые данные, они исследуют эволюционную историю нототениоидов и механизмы, поддерживающие адаптацию к экстремальным холодам. Они показывают, что холодостойкие нототениоиды отделились от других видов около 10,7 миллионов лет назад, что произошло позже, чем считалось ранее, и многие новые виды начали быстро развиваться примерно 5 миллионов лет назад.

Несколько геномных характеристик помогли выжить и утвердиться этой группе. Исследователи обнаружили, что размер генома у видов, специализирующихся на экстремальных холодах , таких как семейство Channichthyidae или «ледяных рыб», увеличился вдвое. Это увеличение размера генома произошло из-за значительного увеличения количества геномных элементов, известных как транспозоны, которые обладают способностью копировать себя в новые положения в геноме и потенциально могут вводить новые функции.

В то же время функции, которые обычно считаются важными для выживания, такие как производство гемоглобина, у «ледяных рыб» утрачены.

«Выживание в такой суровой среде требует дополнительных компенсаций организма, и у этих рыб выработались специальные белки, которые действуют как антифриз, чтобы не дать им замерзнуть», — говорит доктор Илиана Биста.

«Эти рыбы — единственные известные позвоночные, которые полностью потеряли гемоглобин, и их кровь выглядит белой. Это примечательно, потому что гемоглобины необходимы для транспортировки кислорода по телу; их потеря у ледяных рыб возможна только потому, что кислород лучше растворяется в воде при очень высоких температурах. низких температурах, а также из-за дополнительных геномных и физиологических адаптаций».

«Нототениоидные рыбы живут на грани выживания. Секвенирование обширной коллекции их геномов дает представление о том, как они эволюционировали, чтобы выжить там, и поддерживает наше понимание критической экосистемы. Это исследование — отличный пример того, как достижения в области геномики революционизируют наша способность понимать биоразнообразие во всем мире», — говорит профессор Ричард Дурбин.