Ученые выяснили, что истории расселения трех близких видов микроскопических рачков-дафний по территории Северной Евразии сильно различались. Эти знания помогают понять, как формировалась пресноводная фауна континента. Результаты исследования опубликованы в PLOS One. Работа поддержана грантом РНФ.

Картинка 2. Daphnia galeata — обычный вид планк...

Картинка 2. Daphnia galeata — обычный вид планктона озер водоемов Северной Евразии. Источник — Елена Зуйкова, Институт систематики и экологии животных СО РАН

Ветвистоусые рачки (надотряд Cladocera), живущие в основном в пресных водоемах, интересны не только специалистам по ракообразным. Эти микроскопические животные — модельные объекты эволюционной биологии, генетики, экологии и других направлений биологических наук. Особенно часто в исследованиях используются рачки из рода дафний. Несмотря на то, что это наиболее известный и распространенный род кладоцер, у гидробиологов еще нет целостного представления о картине распространения этих рачков по Евразии. Одна из причин — то, что на огромной территории Сибири дафний никогда специально не изучали. Недавно российские ученые впервые собрали в сибирских водоемах рачков нескольких видов и исследовали их, чтобы узнать больше об истории их расселения по континенту.

Картинка 1. Водоемы, из которых дафнии были взя...

Картинка 1. Водоемы, из которых дафнии были взяты для исследования, на карте Северной Евразии. Выделены бассейны озера Чаны и Тоджинской котловины. Кружками обозначено распространение разных видов дафний: зеленый — D. galeata, красный и оранжевый — D. longispina, синий — D. dentifera. Другие цвета относятся к видам, генетическое исследование которых не проводилось. Источник: Алексей Котов

Для исследования выбрали три вида дафний, которые встречаются по всей Северной Евразии и известны любому гидробиологу: Daphnia galeata, D. longispina и D. dentifera. Образцы рачков собрали в 35 водоемах европейской части России, Восточной Сибири, Дальнего Востока, а также Австрии и Монголии. Всех дафний перед исследованием сфотографировали, чтобы сохранить данные об их внешнем виде, а затем извлекли из некоторых особей ДНК. Генетическое сравнение популяций из разных регионов проводили по двум митохондриальным генам. Митохондрии — небольшие органеллы клетки, ее «энергетические станции». Митохондриальная ДНК у всех животных передается только по материнской линии, в то время как ДНК ядра клетки при оплодотворении собирается из генетического материала обоих родителей. Именно поэтому проследить родственные связи между разными популяциями животных по митохондриальным генам проще, чем по генам в ДНК ядра. Для сравнения наследственного материала были использованы не только собранные в ходе исследования данные, но и информация из международной базы GenBank.

Картинка 3. Отбор проб зоопланктона в Западной ...

Картинка 3. Отбор проб зоопланктона в Западной Сибири. Источник: Алексей Котов

Ученые выявили различия в ДНК дафний из разных районов Евразии и смогли определить генетические дистанции между популяциями и примерное время их расхождения.

Выяснилось, что, несмотря на близость трех видов дафний, они по-разному расселялись по Северной Евразии. Распространение Daphnia galeata по региону произошло очень быстро в относительно недавнее время. Виды D. longispina и D. dentifera оказались генетически очень неоднородными. Исследователи пришли к выводу, что эти дафнии во времена ледникового периода выжили в разобщенных популяциях в так называемых рефугиумах (убежищах) на территории Восточной Сибири. Большую часть ледникового периода климат в этом регионе был сухим и холодным, и немногочисленные водоемы были сильно изолированы друг от друга. Когда условия изменились, обособленные популяции D. longispina и D. dentifera распространились шире, но так и не смешались между собой. В результате внутри каждого вида сохранилось сильное генетическое разнообразие как отпечаток их плейстоценовой истории.

«В этом исследовании мы применили филогенетический и филогеографический подходы, то есть на основе генетических данных выделили родственные линии дафний, выяснили связи между ними и реконструировали историю расселения отдельных видов по Северной Евразии в целом, — поясняет ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, профессор РАН, член-корреспондент РАН Алексей Котов. — Ветвистоусые рачки рода Daphnia — наиболее удобный модельный объект для такой работы, но мы планируем изучить демографическую историю и других родов ветвистоусых ракообразных, а также некоторых других микроскопических животных континентальных водоемов. В совокупности эти исследования позволят создать единую картину того, какие исторические процессы сформировали современное биоразнообразие водоемов Северной Евразии».

Картинка 4. Молекулярно-генетическая лаборатори...

Картинка 4. Молекулярно-генетическая лаборатория. Источник: Алексей Котов

Исследование проводилось совместно с учеными из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, Института систематики и экологии животных СО РАН и Лимнологического института СО РАН.