Эти пещерные рыбы снова и снова теряли глаза, и они могут стать ключом к борьбе с ожирением.

Мексиканские тетры — весьма необычный вид рыб . Они встречаются во многих реках и озёрах Мексики и Южного Техаса, где выглядят совершенно нормально. Но, в отличие от большинства других рыб, тетры живут также в пещерах. И там, в отсутствие света, они выглядят совершенно иначе: они очень бледные и, что удивительно, лишены глаз.

Раз за разом, каждый раз, когда популяция попадала в пещеру и выживала достаточно долго, чтобы естественный отбор успел сделать своё дело, глаза исчезали. «Но пещерные рыбы не потеряли всё», — говорит генетик Джая Кришнан из Медицинского исследовательского фонда Оклахомы. «Было также много улучшений».

Хотя исчезновение глаз продолжает завораживать биологов, в последние годы внимание переключилось на другие интригующие аспекты биологии пещерных рыб. Становится всё более очевидным, что они не только утратили зрение, но и приобрели множество адаптаций, помогающих им процветать в пещерной среде, в том числе некоторые из них, которые могут помочь в лечении ожирения и диабета у людей.

Избавляемся от дорогих глаз

Причина потери глаз давно является предметом споров. Некоторые биологи утверждали, что они просто атрофировались с течением поколений, поскольку пещерные животные с дефектными глазами не испытывали никаких неудобств. Но, по словам эволюционного физиолога Николаса Ронера из Мюнстерского университета в Германии, сейчас более вероятным считается другое объяснение: «Глаза очень дороги с точки зрения ресурсов и энергии. Большинство людей сейчас согласны, что их потеря должна иметь какую-то выгоду, если они не нужны».

Учёные обнаружили, что мутации в различных генах, участвующих в формировании глаз, привели к их потере . Другими словами, говорит Кришнан, «разные популяции пещерных рыб потеряли глаза по-разному».

Между тем, другие чувства рыб, как правило, обостряются. Исследования показали, что пещерные рыбы способны улавливать меньше аминокислот, чем рыбы, обитающие на поверхности. У них также больше вкусовых рецепторов и более высокая плотность сенсорных клеток на теле, что позволяет им ощущать давление и течение воды.

Области мозга, обрабатывающие информацию от других органов чувств, также расширились, говорит специалист по биологии развития Мисти Риддл из Университета Невады в Рино, соавтор статьи 2023 года об исследовании мексиканской тетра . «Думаю, для расширения других областей мозга приходится как бы отключать программу, отвечающую за зрение».

Происходит то, что процессы, поддерживающие формирование глаз, прекращаются. Как и у непещерных представителей этого вида, у всех эмбрионов пещерных рыб начинают развиваться глаза. Но через несколько часов развивающиеся клетки глаза начинают отмирать , пока вся структура не исчезнет. Риддл считает, что эта очевидная неэффективность может быть неизбежной. «Раннее развитие мозга и глаз полностью взаимосвязано — они происходят одновременно», — говорит он. Это означает, что наименее разрушительный способ развития безглазия может заключаться в том, чтобы начать их формирование, а затем избавиться от них.

Исследование, опубликованное в 2000 году, которое Кришнан и Ронер назвали «одним из самых поразительных экспериментов, когда-либо проводившихся в области эволюции позвоночных», показало, что судьба глаза пещерной рыбы во многом зависит от её хрусталика . Учёные продемонстрировали это, пересадив хрусталик эмбриона пещерной рыбы, обитающего на поверхности, эмбриону пещерной рыбы, и наоборот. При этом у пещерной рыбы развились сетчатка, палочки и другие важные части глаза, в то время как глаз у поверхностной рыбы остался маленьким и недоразвитым.

Голод и переедание

Легко понять, почему пещерные рыбы оказались бы в невыгодном положении, если бы им пришлось поддерживать дорогостоящие ткани, которые они не используют. Поскольку в их пещерах живёт и растёт относительно немного, рыбы, вероятно, выживают на скудном рационе, состоящем в основном из помёта летучих мышей и органических остатков, которые попадают в сезон дождей. Исследователи, занимающиеся разведением пещерных рыб в лабораторных условиях, обнаружили, что генетически эти существа прекрасно приспособлены к усвоению и запасанию питательных веществ. «Они постоянно голодны и едят всё, что могут», — говорит Кришнан.

Интересно, что у рыб есть как минимум две мутации, связанные с диабетом и ожирением у людей. Однако у пещерных рыб эти мутации могут лежать в основе некоторых очень полезных признаков для рыб, у которых иногда много еды, но часто нет никакой. Когда учёные сравнивали пещерных рыб и поверхностных рыб, содержащихся в лаборатории в одинаковых условиях, пещерные рыбы, которых регулярно кормили стандартным кормом, «набирали вес». «У них высокий уровень сахара в крови», — говорит Ронер. «Но, что интересно, у них не проявляются явные признаки заболевания».

Ронер объясняет, что жиры могут быть токсичны для тканей, поэтому они запасаются в жировых клетках. «Но когда эти клетки становятся слишком большими, они могут лопнуть, поэтому мы часто наблюдаем хроническое воспаление у людей и других животных, которые накопили много жира в своих тканях». Однако исследование, проведённое Ронером, Кришнаном и их коллегами в 2020 году, показало, что даже у сытых пещерных рыб признаки воспаления в жировых тканях были ниже , чем у поверхностных рыб.

Даже в условиях скудной растительности в пещерах дикие пещерные рыбы иногда могут сильно растолстеть, говорит Риддл. Вероятно, это связано с тем, что, когда в пещере появляется еда, рыбы съедают её так много, как только могут, поскольку вокруг может долгое время ничего другого не быть. Интересно, добавляет Риддл, что их жир часто ярко-жёлтый из-за высокого содержания каротиноидов — веществ, содержащихся в моркови, которые, как говорили нам наши бабушки, полезны для глаз.

«Первое, что мы придумали, конечно же, было то, что они накапливают их, потому что у них нет глаз», — говорит Риддл. В отношении этого вида эти идеи можно проверить: учёные могут скрестить поверхностных рыб (с глазами) и пещерных рыб (без глаз) и понаблюдать за внешним видом их потомства. После этого, говорит Риддл, исследователи не обнаруживают никакой связи между наличием или размером глаз и накоплением каротиноидов. У некоторых безглазых пещерных рыб жир был практически белым, что указывает на более низкий уровень каротиноидов.

Вместо этого Риддл полагает, что эти каротиноиды могут быть еще одной адаптацией для подавления воспаления, что может быть важно в дикой природе, поскольку пещерные рыбы склонны переедать всякий раз, когда им поступает еда.

Исследования Кришнана, Ронера и их коллег, опубликованные в 2020 и 2022 годах, выявили другие адаптационные механизмы, которые, по-видимому, способствуют уменьшению воспаления. Клетки пещерных рыб вырабатывают меньше определённых молекул, называемых цитокинами, которые способствуют воспалению , а также меньше активных форм кислорода – побочных продуктов метаболизма, повреждающих ткани, уровень которых часто повышается у людей с ожирением или диабетом.

Кришнан продолжает исследовать этот вопрос, надеясь понять, как сытые пещерные рыбы сохраняют здоровье. Ронер, в свою очередь, всё больше интересуется тем, как пещерные рыбы переживают не только переедание, но и длительные периоды голодания.

Никаких отходов

На более фундаментальном уровне исследователи всё ещё надеются выяснить, почему мексиканская тетра эволюционировала в сторону пещерного образа жизни, в то время как другие мексиканские речные рыбы, также склонные к пещерному образу жизни, этого не сделали. Во всём мире существует более 200 видов рыб, приспособленных к жизни в пещерах, но те, у которых есть также и поверхностные популяции, довольно редки. «Можно предположить, что в генетической структуре тетр есть что-то, что облегчает им адаптацию», — говорит Риддл.

Хотя пещерные рыбы в настоящее время являются хорошо зарекомендовавшими себя лабораторными животными, используемыми в исследованиях, и их легко приобрести для этих целей, важно сохранить их в естественной среде обитания, чтобы сохранить уроки, которым они ещё могут нас научить. «На поверхности обитают сотни миллионов рыб», — говорит Ронер, но популяции пещерных рыб меньше и уязвимы к таким факторам, как загрязнение и забор воды из пещер во время засух.

Один из учеников Риддла, Дэвид Перес Герра, теперь работает в комитете по сохранению пещерных рыб. И сами исследователи тоже становятся более осторожными. «Ткани рыб, собранные во время нашей последней лабораторной поездки, были использованы девятью различными лабораториями», — говорит Риддл. «Мы ничего не пропадало зря».

Статья переведена Дебби Пончнер .

Первоначально эта статья была опубликована в Knowable en español — некоммерческом издании, цель которого — сделать научные знания доступными для всех.