Промышленное рыболовство значительно повлияло на разнообразие и численность популяций рыбы. По оценкам учёных, с доиндустриальных времён рыболовная отрасль выловила почти половину мировой биомассы промысловых видов, и сегодня их запасы сокращаются почти во всех климатических зонах планеты.
Однако страдает не только количество рыбы. Промысел, объём которого в мире оценивается в 400 миллиардов долларов, влияет и на её молекулярную биологию — как на последовательности ДНК, так и на то, как эта ДНК используется организмом.
Исследование дикой рыбы в Средиземном море, опубликованное в июле, дополнило растущий массив научных работ о том, как рыболовство приводит к биологическим сдвигам. Эти изменения, происходящие как в короткие сроки, так и на протяжении поколений, представляют собой форму эволюции, вызванной человеком. Они могут снижать генетическое разнообразие в популяциях, подверженных чрезмерному вылову.
Отклонения в генетическом коде и его проявлении мешают популяциям рыб противостоять стрессу от изменения климата и болезней, а также поддерживать здоровые взаимодействия с другими видами в экосистеме.
Мы делаем популяции менее устойчивыми к тому, что их ждёт.
— Маргарида Барсело-Серра, молекулярный эколог из Средиземноморского института передовых исследований в Испании
Генетика и эпигенетика
Популяции диких рыб в мировом океане эволюционно реагируют на рыболовство, и научная литература это подтверждает. Крейг Приммер, эволюционный геномист из Хельсинкского университета в Финляндии, более десяти лет изучает вызванную промыслом эволюцию. Его исследования показали, что в результате искусственного отбора дикие рыбки данио-рерио через несколько поколений могут становиться меньше размером и менее склонными к исследованию территории — такие же изменения наблюдаются и у промысловых видов. Из-за повадок самой рыбы и правил, установленных управляющими, в улов чаще попадают особи с определёнными характеристиками, например, крупные и доминирующие.
Схожие выводы сделал Кви Ён Хан, эволюционный биолог из Центра океанических исследований имени Гельмгольца в Германии. Он обнаружил, что за 25-летний период наблюдений длина тела восточно-балтийской трески в выборке сократилась на 48 %. Одновременно изменилась и генетика этих рыб: они стали расти медленнее.
Как именно промысел влияет на генетику рыб и в какой степени он движет эволюцией, по словам Барсело-Серры, до конца не ясно. Однако за последние четверть века бурно развилась эпигенетика — наука о краткосрочных, обратимых изменениях в работе генов, которые можно изучить в пределах одного поколения. Это перспективный инструмент для исследования перемен, вызванных окружающей средой. Некоторые эпигенетические маркеры могут наследоваться от родителей, хотя механизмы этого пока не до конца понятны.
Если генетика изучает, какие гены у нас есть, то эпигенетика — какие из них и как активируются. Джаней Фокс, эволюционный биолог из онкологического центра Моффитта во Флориде, объясняет, что если представить генетический код как книгу, то эпигенетические изменения не меняют слов на странице. Они скорее похожи на стикеры, указывающие читателю игнорировать или, наоборот, обратить особое внимание на определённые страницы.
По словам Фокс, эпигенетика «открывает возможность для того, чтобы жизненный опыт влиял на эволюцию как в течение одной жизни, так и между поколениями».
Исследование на Балеарских островах
Барсело-Серра с коллегами решили оценить связь рыболовства с генетическими и эпигенетическими изменениями у рыбы-бритвы, или жемчужного ксирихтиса — кулинарного деликатеса на Балеарских островах в Испании. Власти строго следят за соблюдением запрета на вылов в межсезонье, однако, по данным авторов, рыболовы-любители вылавливают до 60 % местной популяции всего за первые несколько дней после открытия сезона.
В июле этого года они опубликовали результаты исследования, в котором сравнили популяции рыбы-бритвы у побережья трёх мест на Балеарских островах. В каждом из них было по два соседних участка: один в зоне любительского рыболовства, а другой — в морском заповеднике, где любой вылов запрещён.
Идея о том, что популяции одного вида могут иметь эпигенетические различия в зависимости от среды обитания — например, в питомнике и в дикой природе, — не нова. Новизна этого исследования, по словам Приммера, в том, что оба участка находились в географически схожих условиях. Единственной переменной было наличие или отсутствие рыболовства. Команда обнаружила, что эпигенетические маркеры у рыб из промысловых зон и соседних заповедников действительно различались.
Исследователи изучали механизм под названием метилирование ДНК, который служит своего рода переключателем для генов. Метилирование может выключить ген, частично ослабить его действие или полностью активировать. Условия окружающей среды могут запустить присоединение к ДНК особой химической группы, метильной, что выключает определённый ген. И наоборот, удаление этих групп — деметилирование — снова его включает. В исследовании гены, о которых шла речь, отвечали за иммунные реакции, выработку меланина, развитие нервной системы, синтез белка и другие функции.
В случае с рыбой-бритвой исследователи обнаружили, что рыболовство, по-видимому, заметно влияет на метилирование ДНК определённых генов. Некоторые гены были сильнее метилированы на участках с рыбной ловлей, другие — в морском заповеднике.
На характер метилирования ДНК могут влиять многие факторы, особенно возраст организма. А при ловле из популяции могут изыматься самые старые (и крупные) рыбы. Однако команда применила статистическую модель для поправки на этот фактор, и закономерности сохранились.
Различия в метилировании не были ошеломляющими, и не все изученные гены показали разницу в зависимости от уровня защиты. Но это не делает результаты незначительными. По словам Джаней Фокс, даже небольшое изменение в характере метилирования может иметь большие последствия для поведения или характеристик организма.
Она также подчёркивает, что исследование проводилось в зоне любительского, а не крупномасштабного промышленного рыболовства. Однако, по её мнению, это может означать, что эпигенетический эффект от коммерческого вылова будет ещё более сильным.
Генетические результаты были менее убедительными, чем эпигенетические. Тем не менее, в целом морские заповедники действительно обладали большим генетическим разнообразием, чем промысловые популяции. Барсело-Серра говорит, что это может быть связано с возрастным эффектом рыболовства: когда из популяции удаляется много рыб одного возраста, например, более крупных и старых особей, это снижает генетическое разнообразие.
Исследование носит корреляционный характер и не может исключить множество других факторов, способных вызывать биологические вариации. Однако эпигенетическая пластичность — способность генетического материала приводить к разному поведению или физическим характеристикам под давлением среды — говорит о нашем влиянии на животных, которые становятся нашей пищей. Но не совсем так, как в случае с традиционной эволюцией.
«Мы видим, что когда рыболовство вызывает генетические сдвиги, их очень трудно обратить вспять, — говорит Фокс. — Но если изменения пластичны, возможно, это даёт надежду, что если мы сможем уменьшить давление или стресс, который испытывают особи, то эти изменения можно будет обратить быстрее».
Цена промышленного рыболовства
Многие коренные общины используют традиционные методы рыболовства, которые учитывают долгосрочную устойчивость популяций: например, ловят ровно столько, сколько нужно для пропитания, используют небольшие ловушки и не применяют большие суда. Но промышленное рыболовство пошло по другому пути, что в итоге привело к истощению рыбной биомассы в океанах и реках по всему миру.
Гэвин Гиббонс, директор по стратегии Национальной ассоциации морепродуктов, сообщил журналистам по электронной почте: «Всё производство продуктов питания имеет свои последствия. Чтобы накормить людей, нужны земля, вода, энергия и другие природные ресурсы, и это может влиять на экосистемы, биоразнообразие, климат, почву и численность видов, но это необходимо для выживания человечества. Будь то сельское хозяйство, рыболовство или другие продовольственные системы, ни один метод производства продуктов питания не обходится без воздействия на окружающую среду. Хотя накормить растущую планету сложно, полностью устранить последствия производства продуктов питания практически невозможно».
Крейг Приммер считает важным продолжать исследования генетической эволюции и эпигенетики, связанных с коммерческим рыболовством. По его мнению, это может быть лучшей надеждой на сохранение самой возможности ловить рыбу. «Чем больше мы знаем о биологии видов и влиянии внешних факторов, будь то рыболовство, изменение климата, загрязнение или что-то ещё, тем лучше мы сможем поддерживать здоровье и жизнеспособность популяций и запасов», — говорит он.
Письма читателей