Что такое смолт лосося
Жизненный цикл дикого лосося
Приложение 9. Описание жизненного цикла дикого лосося.
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ДИКОГО ЛОСОСЯ
Лососи начинают свою жизнь на мелководье, покрытом галькой в том же субстрате пресноводных ручьев и рек, в котором появились на свет и их родители. Оплодотворенные, красновато-оранжевые икринки в безопасности развиваются в гальке. Прохладная, чистая вода без взвесей должна омывать икру и снабжать кислородом. Икринки лежат в галечнике всю зиму, пока развиваются эмбрионы. Период инкубации может длиться 50 дней и дольше. Как правило, чем холоднее вода, тем дольше инкубационный период.
2. Стадия личинки (малька с желточным мешком)
В конце зимы или весной, молодые полупрозрачные рыбки с большими глазами навыкате, называемые личинками, выклевываются из икры и остаются под защитой гальки. Оранжевый желточный мешок на брюшке крошечных рыбок содержит запас пищи, включающий в себя «сбалансированную диету» из протеинов, сахара, витаминов и минералов. Пока рыба растет, желточный мешок уменьшается. Мальки не покидают защищающую их гальку, пока не закончится желток, что может длиться около 12 недель и более. В это время речной поток представляет угрозу для мальков.
Критические факторы окружающей среды (для стадий 1-2)
1. Эрозия почвы, вырубка деревьев и пожары могут «задушить» нерестовые кладки наносными осадками, если лесозаготовительные работы проводятся без должного контроля. Зародыши в икре задыхаются, когда ил забивает пространство между галькой или когда температура воды повышается, а содержание кислорода в воде понижается.
3. Низкий уровень воды и природная засуха осушают бухты, и мальки остаются в заводях, что делает их легкой добычей для птиц и других хищников.
4. Малое количество осадков и сильные морозы понижает уровень воды, делая гнезда уязвимыми к холоду в зимнее время.
5. Паводки могут вымыть икру из гальки.
6. Рыба и птицы питаются икрой лосося.
7. При недостатке мест, подходящих для нереста, самки могут перекапывать чужие кладки.
Поздней весной или летом, с уменьшившимися или уже поглощенными желточными мешками, маленькие рыбки, называемые мальками, выбираются из гальки и начинают поиски пищи. Они достигают длины еловой иголки, и остаются в мелководных заводях, где течение слабее.
Когда молодь достигает 4-8 сантиметров в длину, она получает название пестрятка и начинает интенсивно питаться планктоном, мелкими насекомыми, червями, моллюсками и обрастаниями. Стадия пестрятки – один из наиболее уязвимых периодов в жизни лосося, поскольку в это время он становится легкой добычей для подкаменщиков, выдр, зимородков и хищных рыб. Неполовозрелая молодь (мальки и пестрятки) остаются в реке от четырех месяцев до двух лет (в зависимости от вида) перед скатом в эстуарий.
Критические факторы окружающей среды
1. Очистка берегов реки и искусственные защитные насыпи ликвидирует прибрежную растительность, которая создает тень и сохраняет воду прохладной.
2. Расчистка древесных завалов или дноуглубительные работы могут разрушить среду обитания.
3. Сельскохозяйственное, городское и промышленное загрязнение убивает молодь лосося.
4. Чрезмерная вырубка деревьев в прибрежных областях может уменьшить количество насекомых, являющихся пищей для молоди.
5. Паводки, естественные или вызванные человеческой деятельностью, могут вынести молодь из потоков, прежде чем она будет готова к миграции.
Когда лосось достигает 10-15 см в длину, его называют смолтом. По мере исчезновения признаков пестрятки, у большей части молоди начинаются физические изменения, инициирующие их скат и адаптацию к соленой воде. Течение несет смолтов вниз, хвостом вперед. Большая часть их путешествия проходит в темное время суток, чтобы избежать нападений хищников. Скат молоди в море – катадромная миграция.
Устья (эстуарии) – те места, где реки впадают в океан, смешивая пресную воду с соленой, океанической. Для лосося устье олицетворяет окончательный переход из реки в море. Богатые питательными веществами эстуарные отложения являются инкубатором для тысяч различных микроорганизмов, которыми питается лосось. Заросли зостеры во внутренних водах и пойменные болота обеспечивают укрытия для рыбы во время перехода из пресной воды в соленую. Эти изменения запускают сложный комплекс биохимических процессов в теле лосося (смолтификацию). Во время смолтификации происходит ряд физиологических изменений: чешуйки укрупняются, цвет становится ярко-серебристым, хвост удлиняется и еще сильнее раздваивается. В зависимости от вида, в эстуариях лосось проводит от нескольких дней до нескольких месяцев.
Течение снова является решающим фактором во время ската молоди. Быстрые течения означают больший процент выживания. Медленные течения могут увеличить количество времени, необходимого лососю, чтобы достичь океана, и повлиять на их способность адаптироваться к соленой воде. Задержка также может повысить их уязвимость со стороны хищников или вероятность заболеваний.
Критические факторы окружающей среды
1. Изменения в естественном течении реки могут смешать и замедлить миграцию лосося. Запруды со стоячей водой – идеальная среда обитания для крупной хищной рыбы, питающейся молодью лосося.
2. При задержке смолты могут потерять стимул к миграции.
3. Эстуарии выполняют функцию основных природных инкубаторов (яслей), которая может быть утрачена при очистке, углублении или других работах в эстуарии.
4. Рыбаки ловят смолтов кижуча и симы, ошибочно принимая их за форель, «подкаменку», мальму.
5. Выпущенная рыбаками рыба может быть смертельно повреждена.
6. Смолты являются объектом охоты для хищных птиц, млекопитающих и других рыб.
7. Загрязнение убивает или ослабляет смолтов. Загрязнение устьев рек уменьшает количество доступной для смолтов пищи в нужное время.
5. Стадия живущей в океане взрослой особи
Некоторые теории рассматривают уход лосося в океан в своем жизненном цикле, как стремление преодолеть существующие ограничения питания и свободного пространства в пресноводной среде обитания. После выхода в океан, лосось повернет на свои традиционные (наследственные) места нагула. Для некоторых это воды у Северных Курил. Другие будут нагуливаться в Японском море. Чтобы избежать нападений хищников вроде сивучей, лососи собираются в стаи, так называемые косяки. Их двухцветная окраска помогает маскироваться от врагов. Если смотреть сверху, они сливаются с темной толщей океанской воды; снизу они сливаются со светлым небом. Лососи усиленно питаются личинками крабов, рачками, сельдью, песчанкой, окунями, анчоусами и кальмарами. В зависимости от вида, лосось проводит в море от одного до шести лет.
В морской период жизни тихоокеанские лососи нагуливаются во всей северной части Тихого океана вплоть до фронта теплого течения Куросио, включая Японское, Охотское и Берингово моря. В это время они не образуют больших скоплений и держатся в верхних слоях (обычно до глубины 10 м).
Пища их разнообразна: чаще всего встречаются в желудках мелкие пелагические рыбы и их молодь, ракообразные, пелагические крылоногие моллюски, молодь кальмаров, черви, реже медузы и мелкие гребневики. Тело лососей в это время покрыто серебристой, легко опадающей чешуей. Зубов на верхней и нижней челюстях нет. Зиму они проводят на юге, в зоне фронта Куросио. С наступлением весны океан оживает: как только повышается температура верхних слоев, в них обильно развиваются микроскопические водоросли, к поверхности поднимаются и начинают интенсивно размножаться и расти разнообразные пелагические животные. Эта зона обильного развития жизни перемещается от фронта Куросио на север и северо-восток, по мере того как прогревается вода. Вслед за ней движутся лососи, все время находясь в полосе, богатой кормовыми ресурсами. Этим и объясняется их быстрый рост в море. Перемещаясь за пищей, тихоокеанские лососи доходят до устьев рек северотихоокеанского побережья США, Канады, Аляски и всего дальневосточного побережья Азии до южной Кореи и Японии. Здесь их стада разделяются. Те, которые не идут на нерест в этом году, с наступлением осеннего похолодания воды начинают обратную миграцию на юг. Половозрелые начинают нерестовую миграцию – путешествие без возврата, устремляясь в реки, где они родились и где им суждено, отложив икру, погибнуть.
Критические факторы окружающей среды
1. Чрезмерный промысел приводит к сокращению числа нерестового возврата.
2. Неблагоприятные океанические условия, выражающиеся в сильных океанских потоках и течениях, нехватке пищи.
6. Стадия анадромной миграции (вверх по течению)
Уникальной особенностью жизненного цикла лосося является то, что он мигрирует и нерестится большими группами, называемыми стадами или популяциями. Рыбы в каждом стаде или стае имеют уникальную «карту» с особыми генетическими кодами, сообщающими им особое поведение и направляющими их к тому месту, куда нужно мигрировать для нереста и в какие сроки. К примеру, летняя кета р. Поронай – стадо или популяция лососей, которые идут на нерест летом вверх по течению реки Поронай.
Борющийся против бурного речного потока, выпрыгивающий лосось – одно из наиболее невероятных природных противостояний. После входа в пресную воду на нерест лосось теряет желание питаться и живет на накопленных жировых запасах. Направляясь к нерестилищу, группы рыб быстро идут вверх по течению. Этот подъем происходит поэтапно.
Они могут останавливаться в заводях на отдых на несколько дней, ожидая благоприятное течение. Рыбы предпочитают двигаться длинной цепочкой, стараясь держаться глубоких каналов и затененных мест. На мелководных перекатах, где река сбегает вниз по гальке, идущая рыба создает водные буруны, на скорости огибая камни.
Критические факторы окружающей среды
1. Сети, заиление, естественные хищники и низкий уровень воды могут помешать рыбам достичь нерестилищ.
2. Взрослые лососи смешиваются и замедляют миграцию из-за запруд со стоячей водой перед забойками рыбоводных заводов, тратя ценные запасы энергии.
3. Поднимая температуру воды, запруды со стоячей водой вносят свой вклад в развитие “тепловодных болезней”, основного убийцы взрослых лососей.
4. Неправильная конструкция забоек рыбоводных заводов и природные оползни препятствуют миграции взрослых особей.
6. Браконьерский вылов в реках подрывает воспроизводство и генетическую структуру лососей, порой на несколько лет лишая целые реки этой рыбы.
7. Стадия брачного периода
Вернувшись на родной галечниковый субстрат, самки ищут подходящую территорию для откладки икры, чтобы построить гнезда, называемые нерестовыми буграми. Когда оболочка вокруг икры ослабевает, побуждение к нересту ускоряется. В это время рыбы проявляют агрессивность. Самцы преследуют, кусают и атакуют, держа конкурентов на расстоянии. Самки толкают других самок, которые угрожают их гнезду.
На этой стадии, когда уже близки последние дни лосося, происходят множественные изменения окраски и внешнего вида. У самцов некоторых видов появляется горб на спине, крючковатые челюсти и острые клыки. Смягчаются мышцы, грубеет кожа, происходят химические изменения тела, раны или глаза рыб могут покрываться белым налетом. Плавники и хвост изнашиваются от столкновений с камнями, также на теле могут быть и другие раны, полученные во время путешествия.
Критические факторы окружающей среды
1. Люди, находясь слишком близко, могут прервать процесс ухаживания или спугнуть нерестящегося лосося с гнезда.
2. Браконьерский отлов рыб на нерестилищах срывает нерест и уничтожает целые популяции.
Нерест – это процесс воспроизводства лосося. Когда самка лосося возвращается в свой родной водоток, она выбирает такое место для нереста, где сочетаются чистая галька, нужная глубина и хорошее течение для подачи кислорода. Когда самка выбрала основное место для откладывания икры, она поворачивается боком, и совершает размашистые, волнообразные движения хвостом, чтобы выкопать гнездо в гальке. Она постоянно проверяет глубину гнезда «приседая», то есть, забираясь в гнездо. Через некоторое время она в итоге выкапывает конусовидное гнездо, около 35 см в глубину. На одном участке самка может выкопать и отложить икру в несколько гнезд в течение нескольких дней.
Сооружение гнезд привлекает самцов. Когда самец прогоняет всех конкурентов, он присоединяется к самке в гнезде, проделав ряд ухаживающих движений. В итоге он располагается рядом с самкой, и медленно двигается против нее. Он часто открывает рот, «зевая». Когда самка готова отложить икру, она тоже широко открывает рот, чтобы противостоять потоку, и помочь себе еще глубже зарыться в гнездо. Наконец, оба быстро трясут хвостами и выпускают икру и молоки. Самка может отложить до 7000 икринок в нескольких гнездах.
Когда самка выпускает икру, она инстинктивно укрывает ее, перемещаясь чуть выше по течению и повторяя свои роющие движения. Это поднимает гальку перед гнездом, и течение сносит ее как раз в углубление с икрой. Самки защищают гнезда до самой смерти; этот период может составлять от нескольких часов до недели. Самцы могут нереститься более одного раза и часто уходят в поисках других самок, готовящих гнезда.
Большинство лососей нерестятся лишь один раз в жизни (однократно нерестящиеся), хотя гольцы (мальма, кунджа) и сахалинский таймень способны нереститься несколько раз проводя зиму в реках, нагуливаясь летом в морском прибрежье, а затем возвращаясь на нерест в реку каждый летний сезон. И самцы и самки лосося погибают в течение недели после нереста. Их туши плывут вниз по течению, цепляются за корни и ветви, устилают речные косы или идут ко дну реки. Животные-падальщики, такие как медведи, чайки, вороны и орланы питаются мертвым лососем.
Смерть лосося также служит его следующему поколению, поскольку разлагающийся лосось добавляет питательные вещества в реки, они являются источником питания для водной биоты, которая в свою очередь служит пищей для молоди лосося, уже развивающейся в гальке на дне реки. В реках Сахалина более 40 % азота и углерода в молоди рыб и 20 % азота в прибрежных растениях обеспечивается за счет погибшего лосося.
Выращенные в неволе лососи эпигенетически отличаются от своих диких родственников
Рис. 1. Лососей, выращенных в неволе, метят отрезанием жирового плавника (adipose fin). Слева — пестрятки, стадия жизни рыб, на которой происходит мечение; справа — выловленные из океана взрослые лососи с меткой и без нее. Изображения с сайтов captainquinn.com и wdfw.wa.gov
В XX веке человечество осознало ущерб, который наносится природным популяциям лососевых из-за неконтролируемого вылова. Появились программы для восстановления численности разных видов атлантического лосося: икринки и мальков выращивают в специальных условиях, а потом выпускают на волю. Несмотря на постоянное совершенствование программ по выращиванию, выведенный в неволе лосось остается менее приспособленным к жизни в океане, чем дикий. В новом исследовании показано, что одна из основных причин сниженной приспособленности выращенного в неволе лосося — это эпигенетические изменения. Искусственные условия на ранних стадиях приводят к снижению активности генов, работа которых необходима для адаптации к океанической воде, правильного функционирования мускулатуры и т. д.
Разведением лососей человечество занимается уже не одну сотню лет, а в последнее время на долю рыбохозяйств приходится около 70% от мирового улова этой рыбы. Еще 40 лет назад таким способом добывали меньше четверти лососевых, при том, что за это время общий улов вырос почти в 4 раза (с 750 тыс. тонн до более чем 3 млн тонн). Выведенными в неволе рыбами также пополняют и природные популяции, которые сильно пострадали в XX веке от массового вылова.
Раньше жизненный цикл искусственно разведенных лососей выглядел примерно так. Икру и молоки для разведения привозили из рек, где нерестятся природные популяции лосося. На заводе икру оплодотворяли, смешивая половые продукты самок и самцов. Затем икру содержали в пресноводных инкубаторах, при постоянном небольшом течении. Примерно через три месяца после оплодотворения вылупляются мальки (свободные зародыши), которые еще несколько недель не питаются и почти не плавают (рис. 2). Они большую часть времени лежат на дне и живут за счет питательных веществ, сохраненных в желточном мешке. Когда запас желтка исчерпывается, малек начинает активную жизнь, держась ближе ко дну и питаясь планктоном. Достигнув длины 4–8 см, мальки переходят на стадию пестрятки. У пестряток характерный пестрый окрас, они активно кормятся в реке червями, моллюсками, насекомыми и донными обрастаниями. Через несколько месяцев или даже пару лет, в зависимости от вида, полосатый окрас исчезает, рыбы достигают 10–15 см и начинают мигрировать к устью реки. Эта стадия называется смолт и длится от нескольких дней до нескольких месяцев. В устье рыба адаптируется к соленой морской воде, у нее увеличивается хвост и чешуйки, окрас становится ярко-серебристым. Этот процесс называют смолтификация, после нее лосось сбивается в косяки и отправляется в морские воды. В океане рыбы проводят 1–5 лет (в зависимости от вида), кормясь другими рыбами, личинками крабов, моллюсками и т. д. Затем они возвращаются в устье родной реки.
Рис. 2. Жизненный цикл атлантического лосося и кижуч в брачном наряде. Изображения с сайтов boomerangclub.ru и nativefishsociety.org
У всех лососевых рыб есть поразительная способность c помощью обоняния точно находить ту самую реку, где они вылупились. Лосось, выращенный на рыбоводном заводе, возвращался на этот завод для нереста, где его и вылавливали. В природе лосось против течения поднимается от устья реки к местам нереста, демонстрируя поразительные ловкость и упорство. В это время рыбы перестают питаться, а достигнув пункта назначения, готовятся к нересту: самцы приобретают яркую брачную окраску, а самки выбирают место для гнезда, выкапывают с помощью резких движений хвоста ямку и откладывают в нее созревшую к этому моменту икру. Одновременно с этим самец, стороживший строящую гнездо самку, выпускает молоки. Самка может сделать до трех гнезд. После нереста она охраняет свои гнезда, а самец ищет других строящих гнездо самок. У большинства видов размножение происходит лишь один раз в жизни: и самцы и самки погибают в течение недели после нереста.
Однако пищевая ценность лосося после нереста очень низка, и она падает по мере его продвижения вверх по реке. Поэтому на рыбоводных заводах лососю не давали дойти до половой зрелости и тем более отнереститься. А для продолжения производства снова привозили икру и молоки с естественных мест нереста лосося. Таким образом, рыбоводные заводы по их воздействию на природные популяции мало отличались от обычной ловли. Есть и другие проблемы, вызываемые искусственным разведением лосося; см., например, Аквакультура лососей может привести к исчезновению естественной популяции горбуши, «Элементы», 18.12.2007.
Со временем стало ясно, что вылов рыбы из мирового океана людьми слишком велик и что природные популяции лососевых с годами все сильнее истощаются. Для ряда видов и регионов рыбный промысел запретили, однако этого оказалось недостаточно для восстановления природных популяций. Поэтому многие рыбоводные заводы к концу XX века частично или полностью перешли на выращивание рыб, которым давали отнереститься по возвращении. Благодаря контролю выживаемости наиболее уязвимых ранних стадий развития лосося, на таких заводах до смолтификации доживает гораздо больше рыбы, чем в естественных условиях. Однако от смолтификации и до возвращения лосося на нерест никакого дополнительного контроля нет и выживание рыбы обеспечивается ее приспособленностью к жизни в дикой природе.
Исследования показывают, что в океане искусственно выращенные лососи менее успешны, чем их дикие сородичи: они быстрее устают и хуже спасаются от хищников (C. M. Chittenden et al., 2010. Genetic versus rearing-environment effects on phenotype: hatchery and natural rearing effects on hatchery- and wild-born coho salmon). Сниженная приспособленность выращенных в неволе рыб — серьезная проблема для работ по восстановлению природных популяций лосося.
Среди лосося, который несколько поколений нерестится на рыбоводных заводах, может происходить некий отбор. В качестве побочного эффекта возрастает относительная выживаемость тех мальков, которые лучше приспособлены для условий, созданных в искусственных водоемах и инкубаторах. Кроме того, генетическое разнообразие этих рыб ограниченно теми генами, которые были у рыб-производителей, давших начало искусственной популяции. Поэтому предпринимаются меры по обмену генами между дикими лососями и выращенными в неволе: рыб стали разводить в непосредственной близости от естественных мест нереста, чтобы возвращающиеся на нерест дикие рыбы попадали в искусственные водоемы, а выращенные в неволе рыбы могли бы оставлять потомство на воле. Предполагалось, что такой обмен генами решит описанные выше проблемы. Однако оказалось, что для значительных изменений в экспрессии генов у домашнего лосося по сравнению с диким достаточно всего одного поколения (M. R. Christie, 2012. Genetic adaptation to captivity can occur in a single generation). А это значит, что выращенные в неволе лососи сразу отличаются от диких по приспособленности и дело тут не может быть в одной лишь генетике.
В Канаде было проведено исследование, в котором проверяли гипотезу о том, что выращенный в неволе лосось отличается от дикого не из-за разницы в наборе генов, а из-за различной их регуляции. Дело в том, что гены сами по себе не определяют то, каким будет животное. Во-первых, на развитие организма кроме генов постоянно влияют внешние условия (о соотношении вкладов генов и среды см. Склонность к эмоциональному перееданию или недоеданию не наследуется, «Элементы», 13.09.2017). Во-вторых, по различным причинам имеющийся у организма ген может быть «включен» или «выключен». Как правило, на разных стадиях развития, в разных органах и даже в отдельных клетках наборы работающих генов разные. Экспрессия генов в организме регулируется очень сложно. Помимо разнообразных сигнальных веществ на экспрессию может влиять, например, пространственное расположение ДНК (разные участки могут быть по-разному свернуты, что мешает или наоборот способствует работе расположенных в этих участках генов) или разметка метильными группами, которые, связываясь с регуляторными участками генов, выключают их — иногда временно, а иногда и навсегда. Подобные модификации происходят в течение всей жизни, но особенно активно они идут во время образования гамет и раннего развития (см. Рыбки Danio rerio наследуют модификации ДНК от отца, «Элементы», 21.06.2013). Они меняют работу генов, но не саму ДНК, поэтому в общем их называют эпигенетическими, то есть происходящими «над генами» (см. видео). Эпигенетические изменения могут происходить как под действием продуктов других генов, так и под действием внешнего окружения.
Исследователи проверили уровень метилированности различных участков ДНК у диких и домашних лососей из двух рек Британской Колумбии на стадии смолта. На обеих реках — Капилано (Capilano River) и Квинсам (Quinsam River) происходит естественный нерест лосося-кижуча (Oncorhynchus kisutch). Обе реки имеют небольшие искусственные ответвления для разведения лосося. В обоих случаях рыбоводный завод расположен и оснащен таким образом, чтобы нерестящиеся на заводе рыбы и нерестящиеся в природе рыбы представляли собой единую популяцию. Для начала ученые проверили, действительно ли это так. Анализ генетической изменчивости показал, что выращенные в неволе и в естественных условиях рыбы одной реки являются друг другу родственниками. А между реками уже наблюдаются некоторые значимые генетические различия.
Степень же метилированности ДНК у выращенных в неволе рыб оказалась значительно выше, чем у диких. Это свидетельствует о том, что многие гены, работающие у диких смолтов, не функционируют с той же интенсивностью у домашних.
Среди участков с повышенным метилированием оказалось много связанных с ионным гомеостазом и контролем уровня жидкостей в теле. Сниженная активность этих участков ДНК может объяснить отмеченные ранее осложнения во время смолтификации, то есть приспособления к морской воде, у домашнего лосося (J. M. Shrimpton et al., 1994. Differences in measurements of smolt development between wild and hatchery-reared juvenile coho salmon (Oncorhynchus Kisutch) before and after saltwater exposure).
Избыточное количество метильных групп было обнаружено и в генах, участвующих в формировании контактов между нервами и мышцами. Это в свою очередь ухудшает координацию мышечных движений и может быть причиной отмеченных выше утомляемости и плохого избегания хищников у выращенного в неволе лосося по сравнению с диким.
Помимо того, в значительной степени выключенными оказались некоторые гены, связанные с иммунным ответом и пищевым поведением, а также гены, продукты которых задействованы в регуляции экспрессии множества других участков генома.
Один из наиболее интересных результатов данной работы в том, что изменения степени метилированности были одинаковы на двух участвовавших в исследовании рыбоводных заводах. Избыток метильных групп у домашних смолтов по сравнению с дикими из той же реки наблюдался на одних и тех же участках ДНК. Получается, что именно созданные человеком условия, а не случайные различия, приводят к наблюдаемому негативному эффекту: сниженной приспособленности домашнего лосося в океане. Теперь остается выяснить, какие именно условия рыбоводства следует изменить, чтобы это исправить и в результате улучшить работу программ по восстановлению лосося в природе.
Источник: Jérémy Le Luyer, Martin Laporte, Terry D. Beacham, Karia H. Kaukinen, Ruth E. Withler, Jong S. Leong, Eric B. Rondeau, Ben F. Koop, and Louis Bernatchez. Parallel epigenetic modifications induced by hatchery rearing in a Pacific Salmon // PNAS. 2017. DOI: 10.1073/pnas.1711229114.