Агрегатор новостей
современной Российской науки, анонсы мероприятий, события, мнения
При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

Показано постледниковое расселение европейской жемчужницы

Биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН (ФИЦКИА УрО РАН – Лавёровский центр, Архангельск), Карельского научного центра РАН (Петрозаводск) и Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (Москва) на основе анализа генетических данных провели реконструкцию путей расселения пресноводного двустворчатого моллюска европейской жемчужницы (Margaritifera margaritifera) в постледниковый период и оценили генетическое разнообразие вида.   

Основная часть материалов для исследований была собрана в ходе экспедиций сотрудниками Лавёровского центра и Карельского научного центра РАН. Часть материала была взята из доступных зарубежных баз данных. Таким образом, был охвачен практически весь ареал вида, простирающийся от Архангельской области до Пиренейского полуострова в Европе и от штата Делавэр в США до острова Ньюфаундленд в Канаде на восточном побережье Северной Америки.

Для анализа внутривидовой генетической изменчивости у моллюсков использовались фрагменты последовательности гена цитохром-с-оксидазы первой субъединицы (COI). Участок митохондриального гена COI эволюционирует, накапливая мутации и замены отдельных нуклеотидов. Анализ схожести этих участков у разных особей из разных популяций позволяет оценить степень их родства и в конечном итоге даёт возможность выявить пути расселения вида и области, которые могли служить убежищами-рефугиумами отдельных популяций в период оледенения.

В ходе исследования российские учёные подтвердили более ранние данные зарубежных коллег о том, что на территории Пиренейского полуострова, юге Франции и на Британских островах в период последнего оледенения существовали рефугиумы – убежища для пресноводной фауны. Благодаря этим рефугиумам жемчужнице и лососёвым видам рыб, с которыми расселяется моллюск,  удалось уцелеть на пике оледенения. Вероятно, оттуда жемчужница начала расселяться по своему ареалу после отступления ледника 15 – 12 тысяч лет назад.

Мигрировать жемчужнице помогает механизм паразитирования: личинки (глохидии) моллюска прикрепляются к жабрам рыб (сёмга и кумжа), обеспечивающих питание и способствующих расселению.

Анализ показал наибольшее генетическое сходство между популяциями жемчужницы в северо-восточной части Европы (Кольский полуостров, север Республики Карелия) и популяциями в Северной Америке. Этот факт хорошо согласуется с выдвинутой ранее гипотезой о неоднократном обмене мигрантами между популяциями лосося Северной Европы и Северной Америки. По всей видимости, европейская жемчужница неоднократно пересекала Северную Атлантику вместе с лососем, что и привело к обмену генами между популяциями из разных частей света.

Наиболее интересной территорией с точки зрения генетического разнообразия вида оказалась северная часть Республики Карелия.

– Это зона встречи двух миграционных потоков с юга – с Балтийского моря, Финского залива, и с севера – Северной Атлантики, Северной Америки, комментирует ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии Лавёровского центра Илья Вихрев. – Именно здесь наблюдается наибольшее генетическое разнообразие: популяции в соседних притоках рек могут сильно отличаться между собой генетически. Такие регионы важны для любого вида: чем выше генетическое разнообразие, тем устойчивее биологическая система.   

Присутствие уникальных гаплотипов в отдельных популяциях Беломорской Карелии, Архангельской области и Ленинградской области свидетельствует о том, что эти популяции долгое время были изолированы.  При этом жемчужницы крайне медленно эволюционируют. Чтобы уникальные замены появились в анализируемом фрагменте гена COI, нужны миллионы лет.

Геологические данные показывают, что примерно, 15-12 тысяч лет назад существовали пресноводные приледниковые водоёмы, соединявшиеся с бассейнами рек Балтийского и Белого морей (Балтийское ледниковое озеро и Беломорское ледниковое озеро). Биологи предполагают, что древние озёра были изолированы. Это объясняет присутствие уникальных гаплотипов в популяциях. 

В настоящий момент архангельские учёные совместно с коллегами из Германии и Карелии занимаются детальным разбором картины обнаруженного генетического разнообразия с помощью анализа микросателлитных фрагментов ядерного генома пресноводных жемчужниц, который позволяет отследить изменения, отразившиеся в геноме организмов в течение последних сотен лет. Этот же метод позволит оценить влияние антропогенного пресса на генетическое разнообразие жемчужниц.

Экстремальным примером отсутствия генетического разнообразия по гену COI является популяция европейской жемчужницы в реке Пейпия в Ленинградской области, где в выборке был обнаружен единственный гаплотип. Отсутствие генетического разнообразия увеличивает риск исчезновения популяции.

Пресноводные моллюски являются природным биофильтратором воды и живым индикатором её состояния. Вместе с тем европейская жемчужница входит в число угрожаемых видов. Учёные говорят об уменьшении количества её популяций и сокращении площади ареала. Риск вымирания моллюска связан со снижением численности рыб-хозяев. На отдельных территориях сказывается загрязнение воды промышленными и бытовыми стоками,  искусственное изменение формы и режима русла рек.

Негативно влияет и фактор глобального потепления: повышение среднелетней температуры отражается на продолжительности жизни жемчужниц. Малакологи отмечают широтный тренд: жемчужницы из северных популяций крупнее и живут дольше, из южных популяций – мельче и живут меньше.

Исследование проводится в рамках проекта РНФ 21-74-10130 «Прогноз влияния изменения климата на генетическое разнообразие и состояние популяций угрожаемых видов крупных пресноводных двустворчатых моллюсков (Bivalvia: Unionoida) России». За счёт госзадания Минобрнауки России были проведены филогенетические расчёты, популяционно-генетический анализ, подготовка иллюстраций и написание рукописи.

Результаты исследования опубликованы в статье для журнала  Diversity.