Killi: Mistrzowie przetrwania w ekstremalnych warunkach

Wciąż jest wiele do odkrycia – co potwierdzają także najnowsze informacje o proporczykowcach.
Choćby pod względem liczby znanych gatunków. Jeśli na przykład czytaliście czasopismo Živa w 2013 roku (nr 6/2013), mogliście dowiedzieć się z artykułu Martina Reicharda, że w obrębie rodzaju Nothobranchius – uważanego za jeden z najliczniejszych – znanych było wówczas ponad 60 gatunków. Tymczasem podczas wykładu Roberta Blažka w Brnie w 2024 roku wspomniano już o 97 gatunkach!

A to tylko jedno z wielu fascynujących faktów na temat tych niezwykłych ryb. Dlatego w dalszej części artykułu przyjrzymy się proporczykowcom nieco bliżej.

Zachowanie proporczykowców i ich rozmnażanie

Proporczykowce mają wyraźną strukturę hierarchiczną i są najbardziej aktywne rano – zarówno jeśli chodzi o zdobywanie pokarmu, jak i zachowania rozrodcze. Ich krótki cykl życiowy idzie w parze z szybkim tempem reprodukcji: samice dojrzewają do kolejnego tarła zaledwie w ciągu jednej nocy, by już następnego dnia być gotowe do ponownego składania ikry.

Samce rywalizują między sobą – ich zachowania obejmują zarówno imponujące, „pokazowe” postawy, jak i bezpośrednie ataki: uderzenia ogonem, podgryzanie, a czasem nawet śmiertelne potyczki.

Zaloty są krótkie i intensywne – ich głównym celem jest zapewnienie jak największej liczby różnorodnego potomstwa w możliwie najkrótszym czasie.

Samiec rozpoczyna zaloty serią gwałtownych, dynamicznych ruchów, zbliżając się do samicy. Jeśli ta nie jest zainteresowana tarłem, odpływa – dając tym samym wyraźny sygnał odmowy. Gdy jednak pozostaje na miejscu, samiec kontynuuje rytuał, delikatnie naciskając głową na jej grzbiet lub głowę, kierując ją w stronę dna zbiornika.

Tam, przy dnie, samiec otacza samicę płetwą grzbietową i odbytową, obejmuje ją bokiem i przyciska do podłoża, przygotowując do złożenia ikry.*

Tym jest zapewnione, że zniesienie będzie bezpiecznie przechowywane na wypadek wyschnięcia stawu lub zbiornika.

Anualne proporczykowce to fascynująca grupa ryb, która przystosowała się do życia w okresowo wysychających stawach. Ich niezwykła zdolność przetrwania w tak ekstremalnych warunkach jest efektem szeregu ewolucyjnych adaptacji – w tym wyjątkowego przebiegu rozwoju embrionalnego.

Wyzwania wysychających stawów i adaptacja proporczykowców

Dla ryb wysychanie stawów to ogromne zagrożenie. Dorosłe proporczykowce giną bez dostępu do wody, a ich potomstwo – ukryte w ikrze – narażone jest na przesuszenie. Jednak killi poradziły sobie z tym problemem w wyjątkowy sposób: ich zarodki potrafią wejść w stan spoczynku, tzw. diapauzę, która czasowo zatrzymuje rozwój embrionu.

Dzięki temu te małe organizmy mogą przetrwać okres suszy jako uśpione embriony w ikrze, zakopane w błocie. Rozwój zostaje wstrzymany w jednej z trzech możliwych faz diapauzy i wznawia się dopiero po nadejściu deszczu. Ta niezwykła strategia pozwala im przetrwać w warunkach, gdzie stawy napełniają się wodą na zaledwie kilka tygodni – lub, w lepszym scenariuszu, na kilka miesięcy.

Trzy fazy diapauzy i plastyczność rozwoju embrionalnego

W trakcie okresu suszy podłoże na dnie stawu ulega dynamicznym zmianom – wysycha, kurczy się, może się nagrzewać lub pękać. Takie warunki stawiają szczególne wymagania wobec rozwijających się embrionów. Proporczykowce wykształciły więc unikalną strategię obejmującą trzy etapy zatrzymania rozwoju: diapauzę I, II i III. Ta sekwencja pozwala im dostosować tempo rozwoju do zmieniającego się środowiska i skutecznie przetrwać okres suszy.

• Diapauza I:Nastaje po złożeniu ikr do mułu o niskiej zawartości tlenu.
• Diapauza II:Podczas diapauzy II zarodek ma już uformowaną oś ciała i podstawę głowy. W tym stadium pozostaje przez długi czas swojego rozwoju, a jego metabolizm jest znacznie spowolniony.
• Diapauza III:Diapauza III następuje po zakończeniu diapauzy II i prawdopodobnie służy do czekania na specyficzny zewnętrzny sygnał, na przykład powtarzające się zalewanie podłoża wodą, które ostatecznie uruchomi wylęganie.

Przechodzenie przez diapauzę nie jest niezbędne do prawidłowego rozwoju zarodka. Proporczykowce mogą rozwijać się również bezpośrednio – całkowicie pomijając fazy spoczynku. Zdolność zarówno do wchodzenia w diapauzę, jak i do jej pomijania, daje embrionom rocznych proporczykowców wyjątkową elastyczność i pozwala dostosować tempo rozwoju do nieprzewidywalnych warunków w okresowo wysychających zbiornikach wodnych.

Czynniki wpływające na rozwój embrionalny i tempo cyklu życiowego

Rozwój embrionalny anualnych proporczykowców zależy od wielu czynników – zarówno genetycznych, jak i środowiskowych. Istotną rolę odgrywają predyspozycje dziedziczne, wpływ matki, a także warunki zewnętrzne, takie jak dostępność tlenu, poziom wilgotności oraz temperatura.

Cykl życiowy tych ryb jest niezwykle szybki. Po wylęgnięciu młode proporczykowce rosną w błyskawicznym tempie i osiągają dojrzałość płciową już po 17 dniach! Od tego momentu samice składają ikrę niemal codziennie – aż do ponownego wyschnięcia stawu.

Znaczenie naukowe i badania

Naukowcy intensywnie badają proporczykowce, a szczególnym zainteresowaniem cieszą się gatunki z rodzaju Nothobranchius występujące we wschodniej Afryce.

1. Badania genetyczne i ewolucja:

   Naukowcy badali m.in. różnorodność genetyczną proporczykowców w poszczególnych stawach i odkryli, że nawet zbiorniki oddalone od siebie o zaledwie kilkaset metrów mogą być genetycznie całkowicie odizolowane. Sugeruje to, że proporczykowce prawie się między nimi nie przemieszczają, a każda populacja rozwija się niezależnie – co prowadzi do szybkiej lokalnej specjacji.

   Badania wykazały również, że proporczykowce posiadają w genomie specyficzne odcinki DNA odpowiedzialne za uruchamianie i regulację diapauzy. Geny te aktywują się w odpowiedzi na bodźce środowiskowe, takie jak spadek poziomu tlenu czy wysychanie zbiornika. Dzięki temu ryby potrafią precyzyjnie dostosować rozwój embrionu do warunków otoczenia.

2. Badania nad starzeniem się:

   Proporczykowiec Nothobranchius furzeri stał się organizmem modelowym w badaniach nad procesami starzenia. Jego niezwykle krótki cykl życia – w warunkach laboratoryjnych żyje zaledwie kilka miesięcy – umożliwia naukowcom badanie zmian związanych z wiekiem w przyspieszonym tempie.

   Badania wykazały, że u proporczykowców istnieją konkretne geny wpływające na długość życia i tempo starzenia. Co więcej, manipulując tymi genami, udało się wydłużyć życie ryb i poprawić ich stan zdrowia w późniejszym wieku.

   Ciekawym odkryciem jest także wpływ diapauzy embrionalnej na dalsze życie ryby. Okazuje się, że osobniki, które przeszły przez diapauzę, często żyją dłużej i wykazują większą odporność na choroby związane z wiekiem.

3. Badania diapauzy:

   Naukowcy intensywnie badają mechanizmy, które pozwalają zarodkom proporczykowców wejść w diapauzę i następnie się z niej wybudzić. Starają się ustalić, w jaki sposób embriony przetrzymują ekstremalne warunki niedoboru wody i tlenu oraz jakie sygnały środowiskowe aktywują ich dalszy rozwój.

   Badania nad diapauzą mogą mieć również praktyczne zastosowania – na przykład w przechowywaniu materiału biologicznego (takiego jak plemniki czy komórki jajowe), a także w opracowywaniu nowych metod leczenia chorób związanych z metabolizmem i procesem starzenia się.

Ciekawostką jest również występowanie różnych form barwnych samców u wielu gatunków proporczykowców. Często spotyka się osobniki czerwone i niebieskie – na tyle odmienne, że osoba niezaznajomiona z tematem mogłaby uznać je za dwa zupełnie różne gatunki.

Dlaczego te formy istnieją i jakie pełnią funkcje, wciąż pozostaje dla naukowców tajemnicą.

Zakończenie

Anualne proporczykowce to fascynujący przykład żywotności i przystosowalności w nieprzewidywalnym świecie. Ich unikalna strategia przetrwania – oparta na embrionalnej diapauzie i błyskawicznym cyklu życia – pozwala im prosperować nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach.

Badania nad tymi rybami nie tylko odkrywają tajemnice ewolucji i biologii rozwoju, ale także dostarczają cennych informacji o mechanizmach starzenia i możliwościach ich modyfikacji. W dobie zmian klimatycznych i rosnącej presji na ekosystemy proporczykowce przypominają nam, że życie potrafi się dostosować – nawet tam, gdzie wydawałoby się to niemożliwe.

Zrozumienie ich mechanizmów adaptacyjnych może w przyszłości odegrać kluczową rolę w ochronie bioróżnorodności i wspieraniu zrównoważonego życia na naszej planecie.

Cytat:
*Vrtílek, M., Żak, J., Blažek, R., Polačik, M. (2024): Ryby laboratoryjne z wysychających stawów 2. Zachowanie i międzygatunkowe bariery reprodukcyjne / Laboratory Fishes from Temporary Pools 2. Behaviour and Interspecies Reproductive Barriers. Żiva, 4: s. 205.

Źródło:

• Blažek, R. (2024, 19 października). Za anualnymi halanczykami do Afryki. Wykład w ramach cyklu wykładów Cyperus na spotkaniu akwarystów Akwarystyczna jesień, Brno Żebětín.
• Reichard, M. (2013): Anualne halanczyki – ryby przystosowane do sezonowego wysychania ich siedlisk / Annual Killifish – Fish Adapted to Seasonal Desiccation of Their Habitats. Żywa, 6: 289.
• Vrtílek, M., Polačik, M., Blažek, R., Żak, J. (2024): Ryby laboratoryjne z wysychających stawów 3. Przetrwanie suszy i diapauza / Laboratory Fishes from Temporary Pools 3. Surviving Drought and Diapause. Życie, 6: 344.
• Vrtílek, M., Polačik, M., Blažek, R., Żak, J. (2024): Ryby laboratoryjne z wysychających stawów 1. Wprowadzenie / Laboratory Fishes from Temporary Pools 1. Introduction. Żiva, 3: 141.