Несмотря на долгое и опасное путешествие, описанное в фильме Pixar "В поисках Немо", рыбы-клоуны (и другие виды актиний) в реальной жизни глубоко привязаны к своим подводным домам. Будучи молодыми личинками, рыбы—анемоны выбирают для поселения гигантских морских анемонов — существ с щупальцами из рода Cnidaria, оставаясь там на всю оставшуюся жизнь.

Рыбы-анемоны были предметом обширных научных исследований, но гораздо меньше известно о хозяевах, от которых они зависят. Теперь исследование, проведенное учеными из Окинавского института науки и технологий (OIST), выявило новые подробности об эволюционной истории гигантских морских анемонов и в будущем может помочь обеспечить более глубокое понимание взаимодействий между рыбами-анемонами и их хозяевами. Исследование было опубликовано в качестве обложки в августовском выпуске журнала Zoological Science.

"Рыба-анемон и гигантские морские анемоны образуют одно из самых знаковых взаимных партнерств, наблюдаемых на коралловых рифах", - сказал профессор Винсент Лауде, возглавляющий подразделение Marine Eco-Evo-Devo в OIST. "Рыбы защищены щупальцами анемона, которые их не жалят. В свою очередь, рыба защищает актинию от хищников и ускоряет метаболизм актинии."

"Но, - продолжил он, - есть так много вопросов, на которые нам еще нужно ответить. Мы до сих пор не знаем точных молекулярных механизмов, которые предотвращают укус рыбы-анемона, или почему только определенные виды гигантских морских анемонов могут выступать в качестве хозяина для каждого вида рыбы-анемона. Очень важно получить больше молекулярной информации о морских анемонах".

В ходе исследования исследователи отрезали щупальца у особей семи различных видов гигантских морских анемонов, которые служат хозяевами для шести различных видов рыб-анемонов, обитающих на Окинаве.

Затем ученые использовали RNA-seq, метод, который дешевле и проще, чем секвенирование геномов, чтобы выявить все различные молекулы РНК, образующиеся в щупальцах анемона. Исследователи идентифицировали тысячи генов морских анемонов и использовали группу этих генов, которые являются общими для всех книдариев, для построения эволюционного дерева. По сравнению с предыдущими деревьями, это дерево впервые смогло определить, как различные виды анемонов эволюционно связаны друг с другом.

Эволюционные деревья подтвердили, что гигантские морские анемоны объединены в три основные группы — Entacmaea, Heteractis и Stichodactyla. Дерево также подтвердило предыдущие исследования, обнаружив, что гигантский морской анемон Heteractis magnifica, который в настоящее время классифицируется как Heteractis, на самом деле более тесно связан с морскими анемонами Stichodactyla.

"H. magnifica имеет очень обманчивую внешность. Длинные щупальца похожи на те, что можно увидеть у других анемонов Heteractis, а не на ковроподобные щупальца, которые можно увидеть у Stichodactyla", - сказал Рио Кашимото, аспирант подразделения Marine Eco-Evo-Devo и первый автор исследования. "Внешний вид имеет реальные ограничения, когда дело доходит до идентификации видов, поэтому нам нужны молекулярные данные".

Исследователи также сосредоточились на генах, связанных с нематоцитами — жалящими клетками, обнаруженными у книдариев, — и важной части головоломки для понимания того, как взаимодействуют рыба-анемон и гигантские морские анемоны.

"Понимание генов, участвующих в функционировании нематоцитов, и, следовательно, токсичности видов анемонов, является ключевой частью понимания того, что делает гигантскую морскую анемону подходящим хозяином для конкретных рыб-анемонов", - объяснил Кашимото.

Исследовательская группа идентифицировала около 200 потенциальных генов нематоцитов, используя в качестве эталона известные гены и белки нематоцитов других видов книдарий. Когда они построили эволюционное дерево, используя только эти гены, оно показало ту же структуру ветвления, что и филогенетическое дерево, которое исследователи построили ранее, а это означает, что эти потенциальные гены нематоцитов наиболее похожи на те, что находятся в той же группе. Это включало H. magnifica, у которого есть гены нематоцитов, которые более тесно связаны с его истинной эволюционной группой, Stichodactyla.

Ученые также обнаружили, что количество потенциальных генов, связанных с нематоцитами, было одинаковым для всех видов гигантских морских анемонов. Это говорит о том, что различия в токсичности, скорее всего, являются результатом изменений всего в нескольких генах или в том, насколько сильно эти гены экспрессируются.

Двигаясь вперед, исследовательская группа планирует изучить изменения в уровнях экспрессии как у разных видов гигантских морских анемонов, так и между представителями одного и того же вида, которые были или не были хозяевами рыбы-анемона.

Исследователи также разрабатывают проект по секвенированию полных геномов гигантских морских анемонов.

"Доступ к информации о полном геноме позволит нам лучше понять механизмы, лежащие в основе токсичности этих гигантских морских анемонов, и, следовательно, их связь с рыбой-анемоном", - сказал Константин Халтурин, старший автор и бывший научный сотрудник Отдела морской геномики OIST.