В исследовании, опубликованном 21 ноября в журнале Global Change Biology, изучались различия в броне, защищающей колючку от хищников, в частности, количество костных пластин по бокам (называемых боковыми пластинами). Предыдущие исследования показали, что популяции в северной Калифорнии имеют более полный набор этой брони, чем популяции в южной Калифорнии, что соответствует различиям в их средах обитания.
«Существует градиент от более сухих систем на юге, где устья более похожи на пруды с большим количеством растительности, к более открытым, речным системам по мере продвижения на север», – пояснил соавтор Эрик Палковач, доцент кафедры экологии и эволюции. биология в Калифорнийском университете в Санта-Крус.
Новое исследование показало, что трехногая колюшка в некоторых эстуариях Калифорнии эволюционирует, чтобы иметь меньше боковых пластин, поскольку их среда обитания становится более похожей на пруд из-за более теплого и сухого климата.
Популяции колюшки на некоторых участках центральной Калифорнии теперь больше похожи на популяции с низким слоем, типичные для южной Калифорнии.
«Боковые пластины обеспечивают броню, но недостатком является то, что их строительство требует затрат энергии, и они могут ограничивать маневренность», – сказал Палковач. Считается, что растительность и другие структурные особенности, встречающиеся в медленно движущейся воде, увеличивают потребность в маневренности и уменьшают потребность в броне, потому что у колюшки есть больше мест, где можно убежать или спрятаться от хищников.
Палковач и первый автор Симона Дес Роше, которые руководили исследованием в качестве постдокторанта в своей лаборатории в Калифорнийском университете в Санта-Круз, воспользовались возможностью изучить исторические образцы трехиглой колюшки из исследований, проведенных соавтором Майклом Беллом в 1970-х годах вдоль побережья Калифорнии. Белл, который большую часть своей карьеры посвятил изучению колюшек, недавно вышел на пенсию из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке и теперь связан с Музеем палеонтологии Калифорнийского университета в Беркли.
«Ближе к концу карьеры для меня очень приятно иметь сотрудников, которые могут получить дополнительную пользу от этих коллекций», – сказал Белл.
Де Роше и Пальковац повторно исследовали те места, где Белл собирал особей колюшки в 1970-х и начале 80-х годов.
Они обнаружили, что частота появления низколюшей колюшки со временем увеличивалась. Более того, южная граница распространения цельнокрылой колюшки сместилась к северу.
Предыдущие исследования уже установили генетическую основу различий, наблюдаемых в боковых пластинах трехиглой колюшки, и генетическое тестирование рыб, собранных Де Роше, подтвердило это.
«Мы знаем генетику, лежащую в основе этого признака, и то, как он соотносится с окружающей средой, поэтому у нас есть эти четко установленные отношения генов с морфологическими признаками и признаков с окружающей средой. Это позволяет нам сделать вывод, что то, что мы наблюдаем, является эволюционным изменением, – сказал Дес Роше, который сейчас работает в Вашингтонском университете.
Она добавила, что, хотя это исследование было сосредоточено на боковых пластинах, другие черты, вероятно, также развиваются в ответ на климатические изменения в среде обитания. Например, рыба Des Roches, собранная в реке Биг-Сур в 2017 году, не только имеет меньше боковых пластин, чем те, что были собраны Беллом в 1974 году, но и их общая морфология резко отличается.
"Форма их головы и рта совершенно разные, что соответствует поеданию разной добычи. Мы не изучали эти черты в этом исследовании, но у меня есть представление о том, что вы могли бы найти, если бы сделали это », – сказал Дез Роше.
Белл сказал, что неудивительно, что популяции колюшки в Калифорнии эволюционируют в ответ на изменение климата, потому что его предыдущие исследования показали, насколько быстро этот вид может развиваться.
Он провел обширное исследование на Аляске, изучая, что происходит, когда морская колюшка колонизирует пресноводные озера.
"На Аляске морфология морской колюшки перешла от морфологии морской рыбы к морфологии пресноводной рыбы менее чем за десять поколений. Разница в том, что эти популяции в Калифорнии остаются в одном и том же месте, а окружающая среда меняется вокруг них, заставляя их эволюционировать », – сказал Белл.
По его словам, доказательства того, что изменение климата меняет генетический состав естественных популяций, имеют большое значение. Другие исследования обнаружили морфологические изменения у растений или животных, связанные с изменением климата, но очень немногие из них показали изменения в чертах, лежащие в основе генетической основы которых хорошо установлены.
Еще одним важным аспектом этого исследования является то, что изменения у колюшки происходят в ответ на климатические изменения их среды обитания. «Мы склонны сосредотачиваться на прямом воздействии на организмы повышенных температур или изменений количества осадков, но мы также должны думать о том, как изменение климата повлияет на характеристики среды обитания, на которую опираются эти организмы», – сказал Палковач.
По словам Дес Роше, по мере того, как все больше популяций колюшки будут доминировать с рыбами с небольшим количеством боковых пластин, вариант гена (или аллель) для полностью покрытой пластинкой морфологии может исчезнуть из этих популяций. Эта потеря генетического разнообразия может ограничить адаптивность этих популяций в будущем, если, например, в их среду будет введен новый хищник.
«Им может не хватать генетической изменчивости, необходимой для адаптации, что делает их более уязвимыми для исчезновения», – сказал Дес Рош.
Эта работа была поддержана Институтом изучения экологических и эволюционных воздействий Калифорнийского университета (ISEECI); Кооперативный институт морских экосистем и климата NOAA; и Центр Норриса в Калифорнийском университете в Санта-Крус.