Гены в митохондриях родственников пресноводных рачков помогли выяснить историю их расселения

Ученые из Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН вместе с исследователями Университета штата Нью-Йорк и Рочестерского технологического института выявили новые генетические группы пресноводных микроскопических ракообразных из семейства дафнид и определили зоны обитания и историю расселения их видов. Например, оказалось, что в Европе, на Аляске и Юконе (северо-западе Северной Америки) обитают одни и те же виды, а на остальной территории Северной Америки живут другие. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда. Статья с его итогами была опубликована в Scientific Reports, кратко о работе ученых рассказывает пресс-служба РНФ.

Одним из наименее изученных и наиболее подверженных неблагоприятному воздействию окружающей среды пресноводных сообществ считается нейстон — группа организмов, которые живут у поверхностной пленки воды. Авторы работы изучали происхождение и его связь с местообитанием ветвистоусых рачков подсемейства скафолеберин (Scapholeberinae), родственников дафний. Ученые анализировали последовательности генов 12S и 16S в митохондриях у разных видов скафолеберин. По предположению авторов, именно эти участки, кодирующие рРНК рибосом, могут стать удачным генетическим маркером для такого исследования.

Скафолеберины — животные размером меньше одного миллиметра, которые часто встречаются в пресноводных континентальных водоемах. 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, член-корреспондент РАН, профессор РАН Алексей Котов, 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.