Géntöbblet miatt költöztek édesvízbe a pikók
Számos faj képes új élőhelyeket meghódítani és alkalmazkodni az új környezethez, azonban sokszor a rokon fajok közt is eltérések vannak e tekintetben. Miben rejlik pontosan a különbség?
Egy japán vezetésű nagy nemzetközi kutatócsoport olyan rokon halfajokat vizsgált, amelyek egy része az utolsó jégkorszak végén a tengeri életmódról édesvízire váltott, kíváncsiak voltak, miben különböznek tengerben maradt társaiktól, milyen élettani és genetikai eltérések állnak fenn köztük. A kutatásról a Science folyóirat számolt be 2019. május végén.
Visszatartó erő lehet az édesvízi életmóddal szemben az, hogy a tengerekhez képes ezek az ökoszisztémák táplálék szempontjából rosszabb minőséget képviselnek. A tengeri táplálékok gazdagok, a halak fejlődéséhez elengedhetetlen, DHA nevű omega-3 zsírsavban, az édesvízi tápláléklánc azonban rendkívül szegény benne.
A kutatók tüskés pikók genomját hasonlították össze, feltételezve, hogy a DHA-val kapcsolatos változások vezethettek esetleg az édesvízi életmódra váltáshoz. E halfaj nagy és komplex alfajrendszerrel rendelkezik, az elsődlegesen tengeri életmódú, de folyókban ívó halnak Japánban vannak teljes életüket édesvízben leélő csoportjai is.
Elsőként olyan kísérletet végeztek, amelyben tengeri tüskés pikókat laborban szaporítva azt vizsgálták, miként reagálnak a DHA-szegény étrendre. A vizsgálatban a Csendes-óceánban élő (Gasterosteus aculeatus), és a Japán-tengerben élő (Gasterosteus nipponicus), a csendes-óceánitól kb. 700 ezer éve elkülönült pikófajt hasonlították össze. A japán-tengeri halak körében a kikelésük után kb. 40 nappal (ebben a korban kezdenek a tenger felé vándorolni a születési helyükről a halak) jelentősebb volt a halandóság, mint a csendes-óceániakéban. Az összehasonlító mérésekből kiderült, hogy a japán-tengeri faj sokkal kisebb mennyiségben tartalmaz DHA-t, mint a csendes-óceáni rokonaik.
Ezt a mérést genetikai vizsgálatok követték, és meghatározták a DHA-szintézisért felelős gének közti különbséget a két halban. A csendes-óceániakban a Fads2 nevű génből, amely a DHA szintézist irányítja több másolat volt jelen, mint a japán-tengeriekében, így feltételezhetően ennek köszönhették az óceáni halak a DHA-szegény étrendhez való jobb alkalmazkodásukat. Az elmélet igazolásához a japán-tengeri fajnak olyan változatát hozták létre génmódosítással, amely a csendes-óceánihoz hasonló mennyiségben rendelkezik a kérdéses génnel – az így kezelt halak túlélési aránya igencsak feljavult.
A Fads2 génből világszerte minden, édesvizet meghódított tüskés pikó több másolattal rendelkezik, mint a japán-tengeri, sós vízben élő pikó. Mivel egy korábbi vizsgálatból tudták a kutatók, hogy a Japán és Kanada területén édesvízben élő tüskés pikók egytől-egyig a csendes-óceáni fajhoz tartozó, ám édesvízire váltott életmódú halak, ellenőrizték azt is, hogy ezek miként állnak a Fads2 génnel. Kiderült, hogy bennük még több másolata van e génnek, mint magában a csendes-óceáni fő fajban.
Azzal, hogy a DHA-szegény környezetben e gén többlete okán képesek a halak mégis életben maradni, lehetővé tette számukra, hogy az édesvízi környezetet állandó élőhelyül válasszák. Ezzel betölthettek egy ökológiai rést, és persze megspórolták a vándorlás idejét is.
A Fads géncsaládnak, amely a többszörösen telítetlen zsírsavak előállításában játszik szerepet, egy emberekben lévő típusa erős szelekciós nyomás jeleit mutatja, ez pedig lehetővé tette, hogy az emberek a sarkvidékeket meghódítsák.