Ученые из Москвы, Рочестера и
Буффало выявили новые генетические группы пресноводных микроскопических
ракообразных из семейства дафнид и определили зоны обитания и историю
расселения их видов. Оказалось, что
на Аляске и Юконе обитают те же виды, что и на северо-востоке Евразии, а совсем
не те, что встречаются на остальной территории Северной Америки. Эти исследования
представляют собой основу будущего выделения пресноводных экорегионов для
рыбохозяйственных целей. Статья
была опубликована
в Scientific Reports. Исследование проведено при поддержке
Российского научного фонда.
Пресноводные
местообитания сегодня находятся под угрозой глобальных изменений. Тем не менее,
мы все еще мало знаем о том, как пресноводные распространялись (их биогеография), где и в каком
количество они живут и как охранять эти важные для жизни планеты экосистемы.
Одним из наименее изученных и наиболее подверженных неблагоприятному
воздействию окружающей среды пресноводных сообществ остается нейстон. Это
группа организмов, которые живут у поверхностной пленки воды. В
новом исследовании исследователи изучали происхождение и ее связь с
местообитанием ветвистоусых рачков подсемейства скафолеберины (Scapholeberinae),
родственников дафний. Ученые анализировали последовательности генов 12S и 16S в
митохондриях — «энергетических станциях» клетки – у разных видов скафолеберин.
Ученые предложили, что именно эти участки, кодирующие рРНК рибосом (машин
синтеза белка), являются удачным генетическим маркером для такого исследования.
Скафолеберины — животные размером меньше одного миллиметра,
которые часто встречаются в пресноводных континентальных водоемах, обитатели
нейстона. Значительную часть времени они проводят, прикрепившись снизу к
поверхностной пленке воды. Там они оказываются уязвимыми для действия ультрафиолетового
излучения — одного из основных факторов появления
генетических мутаций. В отличие от них, планктонные животные обитают в толще
воды, которая в значительной степени рассеивает ультрафиолетовые лучи.
«Изучением нейстонных
животных ранее никто не занимался, в частности, из-за методических сложностей, например,
их очень маленького размера. При этом ветвистоусые ракообразные, к которым
относятся скафолеберисы и дафнии, –
модельные объекты для исследования биогеографии пресноводных
животных в целом. Поскольку
гены скафолеберин мутируют в несколько раз интенсивней генов других
пресноводных обитателей, нам было необходимо
проверить, насколько картины современного распространения, выделяемые по
последовательностям генов родственных генетических групп, сходны с таковыми ранее
найденными у планктонных животных», – говорит руководитель проекта Алексей Котов, член-корреспондент РАН, профессор РАН, ведущий
научный сотрудник московского Института проблем экологии и эволюции имени А. Н.
Северцова РАН.
Во
время работы исследователи собрали множество проб из разных регионов планеты с четырех
континентов: Северной и Южной Америки, Африки и Евразии. Чтобы определить, к
какой генетической группе относится тот или иной рачок, ученые сравнивали выявленную последовательность гена с уже известными,
хранящимися в международной базе данных GenBank. В специальных пакетах
компьютерных программ для молекулярной биологии
ученые создали «филогенетическое дерево» –
графическую схему, которая демонстрирует родственные
связи между отдельными видами или особями, а также «сети гаплотипов», которые
показывают родственные связи между совокупностями всех особей с абсолютно
одинаковыми последовательностями того или иного гена. В этом исследовании их составляли на основе анализа ДНК митохондрий.
«Изучать митохондриальные гены удобнее, чем ядерные. Первые проще
с точки зрения интерпретации родственных связей между животными: если ядерные
гены от отца и матери смешиваются в половых клетках, то митохондрии вместе
передаются потомкам исключительно от матери, по ним мы прослеживаем родственные
связи, не принимая во внимание отцов», – говорит Алексей Котов.
В
результате исследования выявили 8 генетических групп организмов с общим предком
в пределах рода скафолеберис и 3 – для рода мегафенестра, которые с
большой долей вероятностью соответствуют биологическим видам или группам видов,
уже описанных предыдущими поколениями зоологов. Кроме того, ученые очертили
современные ареалы их распространения. Оказалось, что на северо-западе Северной
Америки (Аляске и Юконе) обитают те же виды, что и на северо-востоке Евразии, а
совсем не те, что встречаются на остальной территории Северной Америки.
Это исследование важно для понимания
истории расселения пресноводных животных и изучения пресноводных водоемов в
целом.
Исследованием
занимались ученые из Института
проблем экологии и Института проблем эволюции имени А. Н. Северцова РАН вместе
с исследователями Университета
штата Нью-Йорк (Буффало) и Рочестерского института технологий (США).
Картинка. Дафнида под
микроскопом. Источник: Алексей Котов.