Огромный размер генома помогает крошечным существам, похожим на креветок, выживать в ледяных полярных водах.
Команда ученых из Австралии, Китая, Дании, Германии и Италии провела исследование, которое показывает, как огромный размер генома помогает крошечным существам, похожим на креветок, выживать в ледяных полярных водах. Похожий на креветок антарктический криль обладает огромным генетическим ударом — основным инструментом для их выживания в ледяных полярных водах.
Международное исследование, совместно проведенное китайским институтом, пролило свет на то, как работает этот механизм выживания крошечных ракообразных с самой большой биомассой среди всех видов диких животных. Сотни миллионов тонн антарктического криля обитают в водах Южного океана с температурой ниже нуля и составляют основной источник белка в пищевой цепи на Южном полюсе. Чтобы выжить, криль может голодать до 200 дней и даже уменьшать свое тело от взрослого до ювенильного размера, когда пищи не хватает.
Они также могут откладывать тысячи яиц за один раз, которые погружаются на глубину от 1000 до 2000 метров в океан, чтобы беспрепятственно вылупиться, прежде чем личинки всплывут обратно на поверхность, чтобы питаться микроорганизмами. Их огромный размер генома — примерно в 16 раз больше, чем у человека — и его сложность создают серьезные проблемы для исследований антарктического криля.
Но группа ученых из Австралии, Китая, Дании, Германии и Италии смогла создать «самую большую последовательность генома животных на сегодняшний день». Большой размер генома антарктического криля лежит в основе его высокой приспособляемости к экстремальным условиям жизни, отметил Фан Гуанъи, соавтор исследования.
Более 90% генома антарктического криля состоит из повторяющихся последовательностей, что приводит к большому размеру генома. Когда окружающая среда меняется, у криля появляется достаточно генетических материалов для пополнения или сокращения их размера. Это похоже на то, что когда дома есть лишняя еда, у нас есть много ресурсов, чтобы справиться с ключевыми изменениями извне,сказал Фан, главный научный сотрудник Института цифровой Земли в BGI-Research, который совместно руководил исследованием.
Анализ группы показал, что антарктический криль имеет 25 значительно расширенных семейств генов, шесть из которых позволяют им непрерывно линять или сбрасывать внешние слои, а также управлять энергетическим обменом, тем самым поддерживая их жизненный цикл в антарктической среде. Вырастая примерно до 6 см при весе около 2 граммов, эти виды криля живут около шести лет.
Было обнаружено, что их циркадный ритм — схема сна и бодрствования, которая обычно следует солнечному циклу, — имеет ту же структуру, что и у млекопитающих и плодовых мушек, например. Но были различия в уровнях экспрессии для нескольких генов пути обратной связи. Согласно исследованию, общая популяция антарктического криля весит от 300 до 500 миллионов тонн, что является самой большой биомассой диких животных в мире. По словам исследователей, антарктический криль является важным звеном в пищевой цепи Южного океана и влияет на функционирование экосистемы из-за своей огромной биомассы.
Криль легко адаптируется. Когда температура повышается, скажем, на 1 градус Цельсия, влияние на криль может быть незначительным. Когда еды не хватает, криль может терпеть голод и не есть в течение 200 дней, а также может уменьшаться в размерах. В то время как криль может выжить, другие животные, питающиеся крилем, такие как киты, голодают. Криль влияет на всю экосистему,объяснил Фан.
Фан указал на 2017 год, когда в колонии из 18 000 пар пингвинов Адели, которые живут в основном за счет криля, выжили только два птенца. По данным глобального природоохранного органа WWF, сбой размножения в Восточной Антарктиде был связан с необычно обширным морским льдом в конце лета того года. Взрослым пингвинам приходилось путешествовать дальше, чтобы добывать пищу для своих птенцов, из-за чего они голодали. Изменения в размере популяции антарктического криля также совпали с изменениями климата.
Исследование показало, что их численность резко сократилась 10 миллионов лет назад, что совпало с экстремальными климатическими явлениями, связанными с ледниковым периодом, когда общая температура в Южном океане упала. Около 100 000 лет назад произошло восстановление популяции с образованием большей площади морского льда, замерзшей морской воды, которая является естественной средой обитания криля. Однако влияние быстрого изменения климата на антарктический криль будет трудно предсказать.
Среда обитания криля [вероятно] сместится в более высокие широты в этих районах, но то, как изменение климата повлияет на размер популяции криля и, следовательно, на антарктическую экосистему, которая зависит от криля, является критическим вопросом, который необходимо решить в срочном порядке,говорят ученые.
