Протягом десятиліть вчені не могли зрозуміти, чому колючий скат у Північній Атлантиці існує у двох різних розмірах. Незважаючи на численні дослідження, генетичного пояснення не знаходили — аж до сьогодні.
Команда дослідників виявила, що ключем до цієї загадки є генетична інверсія, і це відкриття стало можливим завдяки несподіваному повороту під час обмежень, спричинених COVID-19. Цей прорив може допомогти екологам зрозуміти, чому популяція колючого ската продовжує скорочуватися, незважаючи на багаторічну заборону риболовлі. Крім того, зміна клімату може посилювати проблему, і тепер у вчених з’явився новий напрямок для збереження цього виду, що перебуває під загрозою.
Морська загадка: розбіжність у розмірах колючого ската
У 2002 році, коли Джефф Нібон був студентом коледжу, він натрапив на морську загадку, яка бентежила вчених протягом десятиліть. Вона стосувалася колючого ската — виду, що мешкає у Північній Атлантиці. У деяких частинах його ареалу особини з’являлися у двох чітко відмінних розмірах, незалежно від статі, і ніхто не міг пояснити чому. На той момент Нібон теж не мав відповіді. Але через понад 20 років він разом із командою дослідників із Флоридського музею природної історії нарешті розгадав цю загадку — і несподівано це стало можливим завдяки пандемії COVID-19.
Багаторічне скорочення популяції: боротьба колючого ската
Вчені знали про незвичні розміри колючого ската майже століття, але проблема стала нагальною у 1970-х, коли популяція почала різко скорочуватися. Головною причиною вважали надмірний вилов риби, тому у 2003 році США запровадили заборону на вилов як колючого ската, так і барндор-ската, який теж потерпав від надмірного промислу.
«Популяція барндор-ската відновилася настільки, що його знову дозволили виловлювати, але з невідомих причин кількість колючих скатів залишається низькою, навіть після 20 років захисту», — пояснює Нібон, нині старший науковець Центру океанічного життя Андерсона Кабота при Акваріумі Нової Англії.
Згідно з даними Національного управління океанічних і атмосферних досліджень США, у деяких районах, зокрема в затоці Мен, популяція колючого ската скоротилася на 80-95%, а в канадських водах біля шельфу Скотія ситуація також критична.
Генетичне дослідження: розгадка коду
«Ніхто не міг зрозуміти, що відбувається з цими скатами», — каже співавтор дослідження Гевін Нейлор, директор Програми дослідження акул Флоридського музею природної історії. Вчені неодноразово вивчали ДНК колючого ската, щоб знайти генетичні відмінності між великими та малими особинами, але безрезультатно.
«Великі особини удвічі більші й досягають зрілості в 11 років. Малі дозрівають усього за шість років. Генетична відмінність повинна бути», — додає Нейлор.
Він вирішив застосувати інший підхід. Попередні дослідження аналізували короткі фрагменти ДНК лише у невеликої кількості особин, але для розгадки було потрібно більше даних. Його команда вирішила використовувати метод «захоплення генів», що дозволяє отримати тисячі послідовностей ДНК по всьому геному. Завдяки міжнародній співпраці дослідники зібрали понад 600 зразків тканин колючих скатів з усього Північного півкулі та підготували дороговартісне лабораторне дослідження.
COVID-19 і зміна плану
Коли пандемія COVID-19 зробила неможливими масштабні лабораторні експерименти, команда змінила підхід. Замість того, щоб аналізувати сотні зразків, вони вирішили розшифрувати повний геном лише чотирьох-п’яти особин. Це зменшило обсяг необхідної лабораторної роботи.
Цей план був ризикованим. Вони мали лише невеликий шанс знайти те, що шукали. Але саме він приніс відкриття.
Перевернутий ген: останній прорив
Аналізуючи розшифровані 2,5 мільярда пар основ ДНК, дослідник П’єр Лестюржі помітив щось дивне. На другій хромосомі була велика область, що виглядала «підозріло».
«Ми думали виключити її з аналізу, бо не розуміли її поведінки», — каже Лестюржі. Він припускав, що це могла бути помилка. Але Нейлор помітив, що це могло бути наслідком генетичної інверсії — процесу, коли частина ДНК перевертається у протилежному напрямку.
Генетичні інверсії не є рідкістю, але зазвичай не викликають значних відмінностей між особинами. Проте ця зміна була присутня лише у великих особин колючого ската. Дослідники зрозуміли — вони розгадали загадку.
Подальші кроки: збереження виду
Тепер, коли вчені знають причину розбіжності у розмірах, вони можуть працювати над стратегією збереження. Наступний крок — спостереження за життєвими циклами двох форм ската.
«До цього моменту великі й малі скати не розрізнялися у статистичних оцінках. Вважалося, що всі колючі скати однакові», — пояснює Нібон.
Важливе питання, яке ще належить з’ясувати, — чому популяція колючого ската продовжує скорочуватися. Дослідження показують, що в місцях зниження чисельності великим і малим скатам важче схрещуватися. Це може посилюватися зміною клімату.
Зміна клімату та майбутнє колючого ската
Скати мають найбільші проблеми в затоці Мен, де температура океану зростає швидше, ніж у 99% світових вод. Це спричинило, зокрема, колапс популяцій тріски в регіоні.
Чи є зміна клімату основною причиною занепаду колючого ската, і чому вона впливає саме на цей вид, ще належить з’ясувати. Для цього, як зазначає Нібон, потрібно більше даних. «Ми використовуємо найкращі наукові знання, щоб ухвалювати рішення щодо управління популяціями», — підсумовує він.
Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.