У цихлид озера Танганьика найден «ген любопытства»

Адаптивная радиация, лежащая в основе повышения биоразнообразия, и приспособление к новым экологическим нишам тесно связаны друг с другом. Считается, что адаптивной радиации способствуют определенные поведенческие реакции, в частности, любопытство и бесстрашие. Авторы статьи, опубликованного в Science, исследовали рыб из семейства цихлид, обитающих в озере Танганьика. Эти рыбы — едва ли не самый яркий пример адаптивной радиации среди современных видов животных, их видовое разнообразие необычайно велико. В течение всего лишь 10 миллионов лет общий предок цихлид, обитающих в Танганьика, дал начало 240 видам, которые отличались как по морфологическим, так и по экологическим и поведенческим аспектам.

Исследователи взяли для изучения 702 особи диких цихлид, пойманных в озере, и с помощью специального теста количественно оценили выраженность любопытства у разных видов. Для этого на берегу озера оборудовали экспериментальные пруды, условия в которых были близки к естественным. В каждом тестировании участвовало примерно по 12 рыб (самцов и самок) одного вида цихлид, а всего в исследование включили 57 видов семейства. Количественной мерой любопытства считался относительный размер участка пруда, который рыбы обследуют в течение 15 минут после первого движения в новой среде. Виды существенно отличались по этому параметру.

Адаптивная радиация заключается в том, что новый вид отделяется от общего предка в результате приспособления к новой экологической нише. Чтобы оценить, связано ли исследовательское поведение цихлид с их адаптивной радиацией, ученые измеряли соотношения изотопов углерода и азота в мышечной ткани. Доля изотопа ¹³С указывает, где обитает вид по бентосно-пелагиальной оси (на глубине или ближе к поверхности, в толще воды), доля изотопа ¹⁵N позволяет оценить относительный трофический уровень. Связь с любопытством рыб была найдена для показателя δ¹³C (но не для δ¹⁵N) и для морфологических особенностей, ассоциированных с глубиной обитания. Авторы сделали вывод, что виды, обитающие на дне или у берега, с массивным телом, более любопытны, чем виды с вытянутой формой тела, живущие в толще воды.

Известно, что склонность к любопытству относится к тем поведенческим реакциям, которые с высокой долей вероятности наследуются. Чтобы выяснить, какова генетическая основа реакции любопытства у цихлид, авторы воспользовались имеющимися геномными данными и исследовали частоты аллелей и однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) для каждого вида, и обнаружили более тысячи вариантов, ассоциированных с исследовательским поведением. SNP, продемонстрировавший наиболее выраженную связь с количественной мерой любопытства, находился в промоторе гена cacng5b. Продукт этого гена — белок TARP, регулятор глутаматного AMPA-рецептора. Кодирующий участок этого белка консервативен у позвоночных.

У всех 72 видов цихлид, взятых для анализа, в мозге экспрессируется cacng5b. Филогенетическая реконструкция показала, что у цихлид озера Танганьика произошло как минимум две независимые замены Т на С в этом положении, а для предковых форм был характерен Т. Генотип T|T связан с пониженной экспрессией гена и с повышенным любопытством.

Роль cacng5b в регуляции любопытства была подтверждена на примере цихлиды Astatotilapia burtoni. С помощью CRISPR-Cas9 в геном эмбриона рыбки вносили мелкие делеции, длиной 2–5 пар оснований, непосредственно после ключевого SNP. Поскольку уровень экспрессии cacng5b и выраженность любопытства обратно зависят друг от друга, предполагалось, что благодаря внесенным мутациям любопытство у рыбы повысится. Действительно, три мутантные рыбы оказались значительно любопытнее контрольных и намного смелее устремлялись вперед в экспериментальном пруду.

Таким образом, авторы статьи обнаружили пример, когда единственный ген существенно влияет на поведенческую реакцию. Они отмечают в заключении, что ортолог этого гена у человека показал сильную ассоциацию с психическими аномалиями.