Гены в митохондриях рачков помогли выяснить историю их расселения по планете
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.