Обманчивое сходство
Как генетика помогла найти новый вид рачков в Сибири
Ученые обнаружили в водоемах Восточной Сибири новый вид ветвистоусых рачков-плеуроксусов, который ранее ошибочно объединяли с его внешне похожим родственником. Более того, молекулярно-генетический анализ показал, что эволюционные пути представителей рода Pleuroxus в Евразии и Северной Америке существенно отличались.
Открытие позволит точнее оценивать многообразие беспозвоночных животных, которые служат важным пищевым ресурсом для рыб, в водоемах России и других стран. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале PeerJ.
Pleuroxus truncatus. Именно такая форма с шипами по заднему краю произошла от предка, у которого подобных шипов не было
Фото: Петр Гарибян / из личного архива
Pleuroxus truncatus. Именно такая форма с шипами по заднему краю произошла от предка, у которого подобных шипов не было
Фото: Петр Гарибян / из личного архива
Ветвистоусые рачки обитают практически во всех пресных водоемах и служат основным кормом для рыб. Кроме того, ученые используют этих ракообразных в качестве биоиндикаторов для оценки состояния окружающей среды, поскольку они чувствительны к изменениям качества воды. Однако точно определить, сколько видов ветвистоусых рачков обитает в том или ином водоеме, часто оказывается сложно, так как разные их виды очень похожи. Решить этот вопрос позволяет генетический анализ. Однако до сих пор остается множество представителей, которые описаны исключительно по внешним признакам.
Ученые из Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН (Москва) и Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН (Москва) с помощью молекулярно-генетических методов провели «ревизию» одного из видов ветвистоусых рачков-плеуроксусов. До сих пор считалось, что на территории Евразии, в том числе в России, обитает только один их вид — Pleuroxus aduncus. Именно его представителей авторы выловили из водоемов в разных частях нашей страны — от Московской области и Краснодарского края до Якутии.
Фото: Иван Дадыкин / из личного архива
Фото: Алексей Котов / из личного архива
Фото: Алексей Котов / из личного архива.
Фото: Алексей Котов / из личного архива.
Биологи проанализировали внешние особенности собранных ракообразных и расшифровали последовательности нескольких генов, расположенных в ядерной и митоходриальной ДНК. Гены в ядре очень медленно меняются в ходе эволюции, поэтому по ним ученые могут оценить «дальнее» родство между организмами, а гены в митохондриях более изменчивы и позволяют выявить мельчайшие отличия даже между самыми близкими родственными видами.
Анализ показал, что на территории Восточной Сибири (в Якутии) обитает новый для науки вид плеуроксусов — Pleuroxus korovchinskyi. Хотя этот вид очень похож по морфологии на Pleuroxus aduncus, к которому его ранее и относили, генетически они сильно отличаются между собой.
«Интересно, что открытый нами вид оказался более близок к Pleuroxus truncatus — евразийскому рачку, который имеет ряд зубчиков вдоль заднего края панциря — признак, которого нет у Pleuroxus korovchinskyi и Pleuroxus aduncus. Таким образом, генетический анализ позволил определить неожиданное близкое родство видов, которые внешне не похожи»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Петр Гарибян, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии водных сообществ и инвазий Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.
Фото: Алексей Котов / из личного архива
Фото: Алексей Котов / из личного архива
Фото: Алексей Котов / из личного архива
Фото: Петр Гарибян / из личного архива
Кроме того, биологи сравнили генетические последовательности рачков-плеуроксусов, обитающих на территории Евразии и Северной Америки. Оказалось, что на Американском континенте вид, имеющий зубчики на панцире, появился совершенно независимо от евразийского Pleuroxus truncatus с похожими зубцами. На это указывают значительные генетические отличия между двумя «зубчатыми» видами. Авторы считают, что у такого внешнего сходства при очень дальнем родстве может быть две причины. С одной стороны, зубцы могли появиться у независимых видов из-за сходных условий обитания, а с другой — из-за того, что вариантов возможных «украшений» на панцире у плеуроксусов не очень много.
«Наше исследование позволило лучше понять как эволюцию плеуроксусов — рачков, обитающих на всех континентах,— так и их разнообразие в нашей стране. Это важно для оценки экологического состояния пресных водоемов и наблюдения за тем, как на них влияет человеческая деятельность и изменения климата. В дальнейшем мы планируем продолжить комплексные морфологические и молекулярно-генетические исследования рода Pleuroxus и других ветвистоусых ракообразных. Эти исследования дадут возможность выявить эволюционные пути формирования разнообразия такой древней группы, которая смогла пережить множество климатических кризисов. Это позволит нам попытаться прогнозировать возможные пути изменения сообществ пресных водоемов под воздействием изменения климата»,— подводит итог Петр Гарибян.