Пещерные рыбки против сероводорода, индейцев и гигантского клопа-убийцы

Есть одна вонючая пещера возле города Тапихулапа на юге Мексики – Пещера освещенного дома (Cueva de Villa Luz), или Серная пещера (Cueva del Azufre). Множество ключей питают пещеру, формируя внутри нее несколько водоемов, а вытекающий ручей, поизвивавшись полтора километра, обрушивается водопадом в реку Оксолотан. Из-за нефтяных залежей или вулканической активности вода и воздух в пещере обогащены сероводородом – в некоторых участках невозможно находиться без защитного снаряжения и респираторов. Если снять их, глаза начинает тут же щипать, а горло першить, через две минуты нарушается обоняние, затрудняется дыхание, нападает сонливость и наступает отключка. Концентрация газа в воде в 50 раз превышает опасный для водных существ порог – большинство из них уже через несколько минут испускают дух. И вы догадываетесь, чем этот дух пахнет.

Лишь сопли способны выжить в Пещере освещенного дома. Это снотиты – соплевидные сосульки, представляющие собой бактериальные биопленки, капающие чистой серной кислотой. Фото: Robbie Shone.

Но все это не относится к рыбкам Poecilia mexicana, которые сотнями, если не тысячами, заполняют пещерные водоемы без видимого для себя вреда. Это единственные пецилии, живущие в пещерах и способные выжить в столь токсичной среде. «Рыбы прибегают к компенсаторному поведению – дыханию у поверхности воды, что позволяет им вдыхать кислород в условиях гипоксии, а также снижает поглощение сероводорода телом», – утверждает Мичи Тоблер из Университета штата Канзас (США), уже несколько десятилетий изучающий этих пецилий. В одном из исследований он показал, что такой способ дыхания критичен для их выживания: если затруднить рыбам доступ к поверхности воды, они вскоре умирают.

Кроме того, рыбы научились обезвреживать сероводород, попавший в их организм! Сероводород смертоносен, так как связывается со специфичными белками и отключает производство энергии в клетках. Чтобы не позволить ему такие проделки, пецилии переключаются на менее эффективный анаэробный метаболизм. Анализ ДНК выявил у пещерных P. mexicana повышенную экспрессию генов, кодирующих белки, которые переводят сероводород в нетоксичные формы и выводят их из организма. Около 170 из 35 000 генов рыбы вовлечены в детоксикацию.

Поскольку в столь экстремальных условиях мало кто отважится жить, пищевые ресурсы у пецилий ограничены. Так что они вынуждены были отказаться от растрат энергии на разные излишества, ненужные в пещерной темноте. У них нет яркой пигментации, а глаза значительно меньше и менее чувствительны, чем у родичей, живущих снаружи. Вместо глаз они полагаются на боковую линию – детектор давления, воспринимающий движение и вибрации окружающей воды. Кстати, именно боковой линией самки определяют более крупного и привлекательного самца – по количеству создаваемых им волнений. Ко всему прочему у них малоразмерный мозг. Зато более крупные головы и жабры – чтобы извлекать из воды как можно больше кислорода.

Poecilia mexicana
Рыбульки Poecilia mexicana, живущие в вонючей Серной пещере. Фото: Stephen Alvarez.

Меняется не только тело, но и поведение. Вместо водорослей пещерные пецилии питаются бактериальными биопленками и насекомыми – в ответ претерпели изменения их челюсти и кишечник. Они менее агрессивны по сравнению с другими пецилиями: агрессия дорого стоит, что неприемлемо в условиях ограниченных ресурсов. И вообще, они предпочитают не зависать в стаях, а побыть в одиночестве.

И словно мало бедным рыбкам всех этих трудностей, местные индейцы каждую весну проводят ритуальный обряд, отравляя пещерную воду ядовитой кашицей из корней барбаско (Lonchocarpus urucu). Корень растения содержит мощный анестетик ротенон, поэтому вскоре обездвиженные рыбки начинают всплывать на поверхность, словно божественный подарок из глубины. Индейцы собирают их в корзины, сушат, чтобы избавиться от привкуса серы, и едят. Согласно верованиям, так боги поддерживают людей, пока не настала пора урожая. И такая травля проводится как минимум со времен Колумба, хотя с середины 1940-х до 1987 года церемонию почему-то не проводили.

В любом случае рыбы были вынуждены к ней тоже приспособиться. Не на всех из них действует ротенон. Тоблер сымитировал обряд, собрав пецилий из ритуальных бассейнов и из пещерной воды выше по течению, а затем траванув их барбаско в раздельных резервуарах. Выяснилось, что самцы больше подвержены отравлению, чем самки, и что рыбы из ритуальных камер значительно менее восприимчивы к яду, нежели их приятели, которых не потчевали ядом в течение веков. Пережившие травлю передают потомству свою высокую толерантность к яду вместе с генами, со временем пропорция этих генов в популяции увеличивается – мы наблюдаем эволюцию в действии при непосредственном участии человека как фактора отбора.

Индейцы сложили листья с ядовитой кашицей барбаско в воду и ждут, когда рыбки всплывут. Фото: A-bak Matematica Maya.

По сути, пещерные рыбки довольно сильно отличаются генетически от остальных представителей своего вида, даже от тех, что живут в нескольких метрах от входа в пещеру. Но и между собой рыбы, живущие в разных камерах пещеры, тоже отличаются, ведь они эволюционируют в условиях разной освещенности и разной концентрации сероводорода. Тоблер полагает, что пещерные пецилии давно встали на путь становления нового вида.

Но почему так происходит? Все бассейны в пещере соединены друг с другом, как и с вытекающим из нее ручьем, – нет никаких физических барьеров, которые могли бы препятствовать скрещиванию. Что не дает пещерным рыбкам покинуть свои токсичные местообитания, набрать в жабры свежего воздуха и воскликнуть: «Вот оно – рыбье счастье!»?

Bellostoma eating Poecilia

Ответ может подсказать сосущий клюв огромного хищного клопа, поджидающего у поверхности воды. Гигантские водяные клопы Belostoma охотятся на рыб как внутри, так и снаружи пещеры, нырять надолго на глубину они не могут и держатся водной поверхности, чтобы дышать воздухом. Неосторожно приблизившуюся рыбку или другую добычу насекомое быстро хватает своими передними лапами, после чего запускает в жертву клюв и высасывает из нее все естество. (Фото: Michi Tobler.)

И вот из-за специализированных адаптаций к своим маленьким местообитаниям рыбки, осмеливающиеся на миграции, очень часто не проходят охраняющего границы «босса». В одном исследовании Тоблер продемонстрировал, что пецилиям чаще удается спастись от клопа, если они находятся в среде с привычными условиями. Специально подготовленные бутыли, имитирующие местообитания пецилий, были размещены в темноте пещеры или на свету у входа в нее. В каждый сосуд ученый поместил по паре рыбок – одну из пещерного водоема, другую из речки возле входа – и подпустил к ним голодного водяного клопа.
На следующий день он увидел, что на свету жертвами клопа в 80% случаев пали пещерные рыбы, а в темноте клоп сожрал в два раза больше рыб, живших снаружи пещеры. Даже когда рыбам дали сутки на адаптацию к новым условиям до прихода клопа, пропорция не поменялась. Получается, что при попытке перехода в соседний водоем пецилия тут же становится более уязвимой к хищнику. И этого достаточно, чтобы гены разных популяций продолжали держаться обособленно. Изолирующим фактором оказался страшный хищный клоп.

Cueva de Villa Luz
Маленькие рыбки застряли в пещерном бассейне из-за клопа. Фото: Stephen Alvarez.

Сложно сказать, почему мексиканские пецилии оказались единственными рыбами, способными вынести все эти невероятные тяготы бытия. Мичи Тоблер полагает, что ключевой чертой, которая на протяжении всего их эволюционного пути помогала противостоять стрессам, может быть живорождение. Самки пецилиевых не метают икру, а рождают на свет готовых мальков – таким легче перенести токсичность среды, нежели тщедушным икринкам. Так или иначе, нельзя не восхищаться маленькой подслеповатой рыбулькой, которая научилась выживать там, где сдался сам Беар.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам BBC и других источников.

Все права на данный русскоязычный текст принадлежат нашему журналу. Пожалуйста, не копируйте текст в соцсети целиком, не отнимайте у нас трафик. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.