Использование морских губок оставило заметный след в эпигеноме дельфинов
Учёные впервые обнаружили, что культурная традиция использования инструментов у дельфинов может быть связана с изменениями в их эпигеноме — системе химических модификаций, регулирующих активность генов без изменения самой последовательности ДНК. Полученные результаты свидетельствуют о том, что приобретённые модели поведения способны оставлять биологический след, и помогают лучше понять взаимосвязь между культурой и биологией не только у животных, но и у человека.
Исследование посвящено небольшой популяции индо-тихоокеанских афалин (Tursiops aduncus), обитающих в заливе Шарк-Бей у западного побережья Австралии. Уже более четверти века учёные наблюдают здесь необычное поведение части животных. Во время поиска пищи некоторые дельфины надевают на кончик рыла морскую губку, используя её как своеобразный инструмент.
Губка защищает чувствительную кожу рыла от песка и острых предметов на морском дне, а также позволяет обследовать большую площадь при поиске рыбы, скрывающейся под слоем донных отложений. Благодаря этому дельфины могут успешно добывать пищу даже на большей глубине.
Это далеко не единственный пример использования инструментов у дельфинов Шарк-Бей. Ранее исследователи также описали поведение, получившее название shelling — животные используют пустые раковины как своеобразные ковши, чтобы высыпать из них рыбу прямо себе в рот. В 2020 году было показано, что этому приёму дельфины учатся у своих сородичей.
Использование губки передаётся иначе. Такой навык детёныши перенимают исключительно у своих матерей. Освоить его непросто, поскольку губка частично ухудшает работу эхолокации, которой дельфины обычно пользуются для поиска добычи. Тем не менее преимущества такого способа охоты настолько велики, что традиция сохраняется на протяжении многих поколений.
Авторы нового исследования решили выяснить, связано ли это культурное поведение с особенностями работы генов. Для этого они проанализировали образцы кожи 96 дельфинов, собранные более чем за двадцать лет наблюдений. Среди них были 23 особи, регулярно использующие губки, и 73 дельфина, живущих по соседству, но никогда не применявших этот способ добычи пищи.
Исследователи изучили почти 30 тысяч участков генома, где может происходить метилирование ДНК — один из основных эпигенетических механизмов. При метилировании к молекуле ДНК присоединяются небольшие химические группы, которые способны усиливать или ослаблять активность отдельных генов, не изменяя их генетический код.
Известно, что уровень метилирования может меняться под влиянием возраста, питания, стресса и условий окружающей среды. Поэтому учёные предположили, что различный образ жизни дельфинов также может отражаться в их эпигенетическом профиле.
Для анализа данных специалисты обучили модель машинного обучения, которая должна была определить, относится ли конкретный дельфин к группе, использующей губки, только по особенностям метилирования ДНК. Алгоритм действительно смог различать животных, хотя точность оказалась умеренной.
При этом исследователи не обнаружили какого-либо одного участка генома, который однозначно отличал бы две группы. Вместо этого различия были распределены сразу по множеству областей ДНК. Итоговая модель основывалась на совокупности изменений в 21 участке генома, а не на существовании единственного биологического маркера.
По словам авторов работы, это соответствует современным представлениям о сложных формах поведения, которые обычно определяются не одним геном, а взаимодействием большого количества биологических процессов.
Однако исследование поставило перед учёными важный вопрос: что является причиной, а что следствием. Пока невозможно сказать, изменяет ли использование губки эпигенетические механизмы в течение жизни дельфина, либо первоначальные особенности эпигенома делают некоторых животных более склонными к освоению такого поведения. Не исключено и то, что обе особенности формируются под влиянием других факторов, связанных с образом жизни «дельфинов-губочников».
Дополнительным ограничением исследования стало то, что у диких дельфинов безопасно можно получить лишь образцы кожи. Поэтому учёные не могли напрямую изучить эпигенетические изменения в головном мозге или других органах, непосредственно участвующих в формировании поведения.
Тем не менее исследование стало одним из первых убедительных свидетельств того, что культурные традиции животных могут быть связаны с особенностями эпигенетической регуляции. Ранее эволюционные биологи уже показали, что культура способна влиять на генетику в течение многих поколений. Одним из наиболее известных примеров считается распространение способности переваривать молоко у людей после развития животноводства.
Авторы новой работы предполагают, что эпигенетические механизмы могут обеспечивать значительно более быстрый способ передачи адаптивных преимуществ, позволяя организму реагировать на изменения образа жизни без изменения самой последовательности ДНК. Это открывает новые возможности для изучения того, как культура и поведение способны влиять на биологию живых организмов.
Исследование в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.