Глубоководные морские и океанские зоны долгое время считались биологической пустыней. В этой экстремальной среде — особенно в придонной зоне на глубине более 6000 метров — живым организмам приходится выдерживать огромное давление, превышающее 1 тонну на квадратный сантиметр, почти минусовые температуры, низкий уровень кислорода и полную темноту.
Однако с развитием технологий глубоководных исследований в Китае ученые обнаружили, что придонная зона — это не безжизненная бездна, а колыбель эволюционных чудес. Такие существа, как глубоководный морской слизень Pseudoliparis amblystomopsis, не только выживают в этой экстремальной среде, но и сформировали уникальные экосистемы.
В чрезвычайно информативном исследовании, опубликованном в Cell, команда профессора Хэ Шуньпина из Института гидробиологии (IHB) Китайской академии наук (CAS) вместе с исследователями из Института глубоководных наук и инженерии CAS, Северо-Западного политехнического университета и Института биологии и генетики Циндао раскрыла эволюционную историю и генетические механизмы, которые позволяют глубоководным рыбам и беспозвоночным выживать в самых невероятных условиях на Земле.
Это исследование было основано на обширных результатах, полученных с помощью научно-исследовательских судов Tansuo Yihao («Исследование I») и Tansuo Erhao («Исследование II»), которые оснащены пилотируемыми подводными аппаратами Shenhai Yongshi («Глубоководный воин») и Fendouzhe («Стремительный»).
Пробы были взяты в акватории западной части Тихого океана и центральной части Индийского океана, охватывая различные геологические структуры, такие как желоба, бассейны, зоны разломов и гидротермальных источников. Поиски велись на всем диапазоне глубин, на которых обитают глубоководные рыбы (1218–7730 метров), и позволили выловить 11 видов глубоководных рыб из шести родов. Проанализировав генетические данные этих видов, исследователи реконструировали их эволюционную историю, показав, как позвоночные освоили океанские глубины с помощью различных биологических механизмов, тем самым изменив наше представление об адаптации к экстремальным условиям.
Исследователи подтвердили гипотезу о том, что эволюция глубоководных рыб происходила двумя разными путями. Виды, получившие условное название «древние выжившие», колонизировали глубоководные страты до массового «метеоритного» вымирания в конце мелового периода 65 миллионов лет назад.
Так называемые «новые иммигранты» составляют большинство современных глубоководных видов, появившихся после мелового вымирания. Эта дуалистическая модель дает представление о том, как позвоночные адаптировались к жизни в глубине с помощью различных эволюционных механизмов.
Одно из открытий этого исследования поставило под сомнение традиционную гипотезу о том, что триметиламин-N-оксид (TMAO) способствует адаптации к жизни в глубоководных условиях. Хотя уровень TMAO у рыб, обитающих на глубине до 6000 метров, увеличивается в зависимости от расстояния, эта тенденция перестает распространяться на отметке ниже 6000 метров.
Исследователи выявили высококонсервативную конвергентную мутацию в гене rtf1 у всех глубоководных рыб, обитающих на глубине более 3000 метров, и обнаружили, что эта мутация повышает эффективность транскрипции генов, реализуясь в недавно открытом генетическом механизме адаптации к высокому внешнему давлению.
Не обошлось и без плохих новостей. Ученые обнаружили высокую концентрацию полихлорированных бифенилов (ПХБ) в тканях морских слизней из Марианской впадины и Филиппинского моря. Эти синтетические загрязнители проникли в самые потаенные глубины океана, что свидетельствует о повсеместном воздействии человеческой деятельности на природу и вызывает обеспокоенность по поводу сохранения глубоководной среды.
Работа, проведенная в рамках Глобальной программы изучения глубоководных желобов (Global Deep-Sea Trenches Exploration Program, сокращенно Global TREnD), пролила свет на механизм адаптации глубоководных рыб на генетическом и экологическом уровнях. Она раскрывает ключевые механизмы, которые позволяют жизни процветать в экстремальных условиях, и создает новую междисциплинарную парадигму, прокладывая путь для будущих исследований в области биологии, экологии и охраны глубоководных экосистем.
О микроорганизмах, обитающих в океанских глубинах, читайте в другом материале.
