Ученые из России выяснили, что в горных районах Южной Сибири обитают эндемичные, то есть присутствующие только в этой местности, виды и генетические линии микроскопических ракообразных — дафний. Такую эндемичность объяснили ледниковой историей региона, где животным удалось пережить похолодания в плейстоцене. Открытие может послужить для нужд рыбного промысла и для планирования природоохранных мероприятий. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
Фото: Алексей Котов
Фото: Алексей Котов
Зоология
Дафнии, или водяные блохи,— это обширная группа планктонных ветвистоусых рачков, встречающихся в пресных водоемах самого разного типа, от крупных и глубоких озер до болот, прудов и луж. Роль этих животных для человека велика: их используют в качестве корма для рыб и даже тест-объектов при определении токсичности воды. География распространения обитателей континентальных водоемов, в отличие от таковой наземных организмов, остается плохо изученной. Именно особенностям распространения дафний посвятили свою работу авторы этой статьи.
«Наше исследование нескольких родственных видов рода Daphnia привело к неожиданному выводу. Оказалось, что горные и предгорные районы Южной Сибири — Саяны и Алтай — являются центром эндемизма для этой группы. Это связано с ледниковой историей региона, где в плейстоценовое время, десятки, а возможно, и сотни тысяч лет назад, располагалось важное убежище пресноводной фауны. В нем виды переживали неблагоприятные времена ледникового периода. Кстати, здесь же располагался и рефугиум сухопутной фауны, например, это единственное место в Азии, где во время наиболее холодной стадии плейстоцена выжили люди»,— сообщает Алексей Котов, член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции РАН.
Очевидно, что история с выживанием людей во время оледенений могла повторяться и у других организмов, например пресноводных животных. Однако именно дафнии — один из наиболее перспективных объектов исследования: это распространенная группа организмов, присутствующая в самых разных озерах и очень простая для сбора. Для исследования ученые выбрали группу видов Daphnia longispina, названную так в честь ее первого описанного вида. Прошлые работы авторов уже содержали намеки на возможную эндемичность видов этой группы в Южной Сибири. Эти предварительные выводы вместе с отсутствием сведений по географии распространения ветвистоусых рачков в Сибири натолкнули исследователей на идею специально изучить распределение и происхождение животных в регионе. Например, ученые установили, что Daphnia turbinata, найденная еще в 1903 году в районе Телецкого озера, эндемична для Южной Сибири. Прежде неизвестная для этого вида информация по последовательностям нескольких генов теперь загружена в международную базу данных GenBank.
На протяжении 13 лет ученые и их коллеги с помощью специальных сеток в летние сезоны собирали образцы планктона. Затем в пробах по внешним признакам определялась видовая принадлежность каждого из пойманных животных. Чтобы понять эволюционные взаимоотношения между родственными генетическими линиями, исследователи использовали метод молекулярных часов. Он широко применяется в биологии, и с его помощью можно определить степень родства групп организмов и примерно оценить время их обособления как видов. Для этого сравниваются последовательности ДНК, которые довольно консервативны и изменяются с относительным постоянством. Подобно тому, как время движения автомобиля рассчитывается, исходя из его скорости и пройденного расстояния, можно определить и время, когда прошли те или иные эволюционные процессы. Для своего исследования ученые использовали последовательности трех консервативных генов, выделенных из «энергетических станций» клеток — митохондрий. Одним из них был ген 12S рРНК, который ответственен за формирование рибосом — «клеточных машин», создающих белки. Полученные результаты позволили сделать выводы об эндемичности, например, Daphnia turbinata или Daphnia umbra, а также проследить их родственные связи с другими видами.
Исследователи также изучили географическое распределение комплекса видов Daphnia longispina и обнаружили, что одна из ранее обособившихся генетических групп занимает ныне промежуточную территорию между двумя другими группами — горные и предгорные области Саян и Алтая. Именно она, выжившая в самые неблагоприятные времена ледникового периода, сдерживала распространение своих соседей при их расселении в период улучшения климатических условий и служила «живым барьером». Этот вывод согласуется с гипотезой монополизации, широко обсуждаемой на примере микроскопических ракообразных.
«Гипотеза монополизации говорит о том, что если водоем уже занят одним видом, то родственному виду извне очень сложно сформировать в нем свою популяцию»,— поясняет Алексей Котов.
Эта и другие работы в том же направлении помогут повысить эффективность рыбного хозяйства. Уточнение районов обитания эндемичных дафний и других пресноводных животных позволит более эффективно планировать создание охраняемых природных территорий и заповедников.
По материалам «Unexpected endemism in the Daphnia longispina complex (Crustacea: Cladocera) in Southern Siberia»; Elena I. Zuykova, Nickolai A. Bochkarev, Derek J. Taylor, Alexey A. Kotov; журнал PLOS One, сентябрь 2019 г.