Рыбы у побережья Окинавы страдают от «эффекта фастфуда»

Хризиптера сапфирная (Chrysiptera cyanea) — небольшая ярко-синяя рыбка, широко распространенная в водах Индо-Тихоокеанского региона. Этот вид часто встречается у побережья Окинавы, но, по-видимому, условия его обитания не идеальны. Авторы статьи в Nature Communications, показывает, что окинавских хризиптеры хорошо питаются, одновременно демонстрируя молекулярные признаки хронического физиологического стресса. В работе участвовали сотрудники Окинавского института науки и технологий (OIST), Французского национального центра научных исследований (CNRS) и Медицинской школы Университета Индианы.

Прибрежные экосистемы все больше подвергаются антропогенному давлению. На Окинаве менее 40% береговой линии остается нетронутой и естественной, при этом молодь рифовых рыб (обитающих на коралловых рифах) растет на мелководье, недалеко от берега. Там мало хищников и много еды, но остается вопросом, как влияет на их состояние близость к городам и сельхозугодьям. Современный подход к определению состояния животных включает оценку экспрессии генов, в идеале — всего транскриптома, так как на активность отдельных генов могут влиять не связанные с человеком факторы, например, температура или соленость воды.

Хризиптер ловили в 18 местах на побережье Окинава, от почти нетронутых рифов на севере острова до сильно урбанизированных побережий на юге. «Некоторые из мест, где мы брали пробы, были действительно загрязненными, но они все равно там были», — говорит первый автор статьи Эмма Гайрин.

Анализ генетических вариантов подтвердил, что транскриптомные профили не искажены генетическим разнообразием. В то же время, хотя транскриптомные профили модулировались размером и полом рыб, образцы из одних и тех же мест группировались друг с другом, иначе говоря, на активность генов влияли именно экологические факторы.

Исследователи с удивлением обнаружили, что многие гены, традиционно используемые в качестве маркеров загрязнения, например, гены метаболизма ксенобиотиков, не демонстрируют связи с урбанизацией. Их активность часто лучше объяснялась температурными или пищевыми факторами. Например, низкий уровень питания коррелировал с экспрессией генов, вовлеченных в ответ на стресс. Интересно, что активность гена hsd11b1, продукт которого участвует в превращении неактивного кортизона в активный «гормон стресса» кортизол, была повышена у молоди из естественных мест обитания. Возможно, для них был сильнее стресс при отлове, а для «урбанизированных» рыбок он был ослаблен хроническим стрессом их существования, предполагают авторы.

Однако на уровне всего транскриптома признаки человеческой деятельности проявлялись отчетливо. Исследователи выявили 425 генов в печени молодых рыб и 585 генов в печени взрослых особей, активность которых была связана с урбанизацией, но не с какими-либо другими измеренными ими факторами окружающей среды. В частности, у рыб из урбанизированных районов изменялась активность генов, участвующих в апоптозе воспалении и иммунных реакциях. Затронуты были гены, связанные с продукцией и сигналингом интерлейкинов, хемокинов, каспаз, обработкой и презентацией антигенов, ответом на вирусную инфекцию. Экспрессия генов, участвующих в клеточной дифференцировке, тканевом гомеостазе, транспорте белков, протеолизе и транскрипции, снижалась, в то время как гены, связанные с воспалением, канцерогенезом, активными формами кислорода, фосфорилированием белков и регуляцией клеточного цикла, экспрессировались активнее.

Чтобы оценить влияние питания на транскриптом, исследователи сравнили диких рыбок с рыбками, выращенными в лаборатории на сниженном нормальном рационе. У взрослых хризиптер из урбанизированных районов и хорошо питающихся лабораторных хризиптер были сходные паттерны активности генов.

Эти результаты подсказывают ответ на давно интересовавший биологов вопрос: почему молодые рифовые рыбы (и другие животные) тянутся к городам, даже когда поблизости есть более чистые и естественные места обитания? Одна из возможных причин заключается в том, что урбанизированные среды могут быть обогащены органическими веществами, в результате там много пищи. Авторы отмечают, что сходные наблюдения есть и для наземных видов: например, иммунный ответ повышен и связан с богатой липидами диетой в городских зонах у пустельги и большой синицы.^.

«Мы предполагаем, что это „эффект фастфуда“. Это как подростки, идущие в сеть быстрого питания: еды много, она дешевая, но может быть вредна для их здоровья!» — говорит профессор Винсент Лоде, руководитель отдела морской экологии, эволюции и развития в OIST, возглавлявший исследование.

Эта работа демонстрирует потенциал транскриптомики в экологических исследованиях. «Здесь особенно интересно то, что вместо простого измерения показателей окружающей среды вокруг животного мы можем спросить само животное, что оно пережило, — говорит Винсент Лоде. — Активность генов в масштабах всего генома интегрирует множество различных воздействий среды на организм и может выявить физиологические эффекты, которые остаются невидимыми при измерении качества воды или простом подсчете присутствующих видов. И нет причин ограничивать этот подход только рыбами или коралловыми рифами. В принципе, любое животное в любой экосистеме может стать живым датчиком изменений окружающей среды».

Ноздри ископаемой рыбы из Чжэнцзяна оказались второй парой глаз