Ученые Беломорской биостанции МГУ, Института проблем экологии и эволюции РАН, Института биологии внутренних вод РАН и биологического факультета Университета штата Нью-Йорк исследовала пути расселения по Северной Евразии ветвистоусых рачков (кладоцер) — пищи многих сотен видов рыб. Они показали, что как минимум несколько таксонов кладоцер начало свое расселение по всей Палеарктике с севера. Статья ученых опубликована в журнале PLOS ONE.
Пресноводные беспозвоночные, в том числе и мелкие ракообразные, — краеугольный камень многих экосистем, и линии их эволюции тесно переплетаются с судьбами множества других видов, создавая основу канвы развития биоразнообразия Северного полушария. Яйца кладоцер могут «путешествовать» из водоема в водоем в сброшенной при линьке раковинке, называемой эфиппиумом, и распространяться по новым местам обитания самыми разными способами, например, на оперении водоплавающих птиц. Изучением путей расселения живых существ занимается биогеография.
Сейчас гидробиологи занялись генетическим анализом и других групп кладоцер, чтобы уточнить эти данные. Масштабная работа в этом направлении была проведена российскими учеными на представителях группы Chydorus sphaericus — рядовых и крайне обычных обитателях северных регионов. Для этого были собраны образцы хидорусов из многих водоемов России, в том числе Кроноцкого и Командорского заповедников, а также образцы из Норвегии и Южной Кореи.
Чтобы узнать, откуда пошло расселение какой-либо группы, ученые сравнивают черты потомков и выделяют то, что их объединяет, а потом ищут таксоны*, у которых предковых черт больше — они-то и оказываются ближе всего к первоначальной группе. Раньше такие сравнения проводились по морфологическим признакам, однако современные ученые понимают, что этого недостаточно. «Изучение только внешних признаков нам мало что скажет о том, кто от кого произошел, как они расселялись, — поясняет автор работы Татьяна Неретина. — Поэтому для любого зоолога (да и ботаника) в наше время необходимо знание молекулярных генетических методов».
* Таксон — группа родственных организмов, при этом достаточно обособленная, чтобы считаться в общей системе классификации отдельным видом, родом, семейством и т.п."
Понять, как давно разошлись разные линии и группы живых организмов, помогает сравнение участков генома. Скорость накопления мутаций различна у разных генов. Чем важнее функция гена, тем неохотнее он меняется. Оценив эту скорость в ходе эволюции, генетики применяют «молекулярные часы» для оценки родства и давности расхождения различных групп живых организмов.
«Вы собираете материал из разных-разных мест, фиксируете его в спирте, выделяете ДНК, потом с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) определяете последовательность нуклеотидов во фрагменте генома, который вам нужен, у разных образцов и смотрите, кто на кого похож, кто на кого не похож. И строите филогенетические деревья, по которым можно понять, как далеко они отстоят друг от друга», — рассказывает Татьяна Неретина.
В случае с хидорусами для этого был выбран участок митохондриального гена (содержащегося в митохондрии — органоиде клетки, помогающем вырабатывать энергию), кодирующего важный фермент цитохром-с, а также участок ядерной ДНК, где закодированы две части рибосомальной РНК, необходимой для сборки белков в клетке, и вставка между ними.
Сравнение этих последовательностей помогло гидробиологам определить генетически родственные группы, клады*, и проследить их распространение по Северной Евразии. Для этого ученые построили «медианные сети гаплотипов», чтобы увидеть места, где живут ныне родственные группы хидорусов, и понять, откуда они там взялись, где находился исходный центр их расселения.
* Клада — группа организмов, содержащая общего предка и всех его прямых потомков
Очаги расселения двух из них, как оказалось, располагались в европейской части континента, а двух других — в азиатской. Одна клада пережила суровые условия плейстоценового оледенения в северном рефугиуме («убежище»), на территории современной Архангельской области и республики Коми, а не на юге, как это сделала другая. Еще одна группа хидорусов из континентальной берингийской области заселяла только Остров Беринга (который в прошлом с ней не соединялся), но не сразу, а в три этапа.
[Иллюстрация:Самка Chydorus sphaericus под сканирующим электронным микроскопом. Алексей Котов]
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
