Географическая изоляция. Разделенные 100 тыс. лет назад истоком Ангары байкальские рачки сохранили единый вид

Ученые выяснили, что популяции амфипод — байкальских рачков Eulimnogammarus cyaneus, разделенные около 100 тысяч лет назад истоком реки Ангары, по-прежнему принадлежат к одному виду. Исследование показало, что такая географическая изоляция не помешала особям разных популяций скрещиваться и давать потомство. Кроме того, в лаборатории рачки размножались удивительно долго — на протяжении более года, хотя в природе период воспроизводства длится всего несколько месяцев в году. Полученные данные указывают на то, что этот вид можно разводить в лабораторных условиях и использовать в качестве модельного организма. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Experimental Zoology A.

Вопрос определения критериев биологического вида входит в число ключевых задач биологии. Информация о видах, их различиях помогает проводить качественный мониторинг популяций живых организмов и понимать, какие изменения происходят в экосистеме. Основная характеристика биологического вида — это не внешность, а способность особей одного вида и неспособность особей разных видов размножаться и производить потомство. Такой природный механизм в биологии называют репродуктивной изоляцией. Она предотвращает скрещивание между популяциями, что способствует накоплению генетических различий, в итоге приводящих к образованию новых видов.

Проблема заключается в том, что экспериментальное изучение образования видов в лаборатории доступно только для быстро размножающихся микроорганизмов: в случае животных и растений такие эксперименты заняли бы слишком много времени. Однако иногда в распоряжении ученых оказываются результаты «природных экспериментов»: например, территории, в которых популяции одного вида жили раздельно. Байкальские рачки-амфиподы стали для ученых НИИ биологии Иркутского государственного университета подходящим экспериментальным объектом.

Сейчас единственный исток озера Байкал — река Ангара, возраст которой не превышает 120 тысяч лет, что несопоставимо с возрастом самого Байкала, который существует десятки миллионов лет. В новом исследовании иркутские ученые проверили, возник ли репродуктивный барьер между рачками массового вида Eulimnogammarus cyaneus, которые обитают в прибрежной зоне Байкала и у истока Ангары.

Общая схема исследования, показывающая отсутствие репродуктивных барьеров между популяциями Eulimnogammarus cyaneus. Источник: Полина Дроздова

Ученые отобрали 400 особей Eulimnogammarus cyaneus в период размножения вблизи порта Байкал и недалеко от деревни Листвянка — в местах, разделенных истоком Ангары. Затем животных разделили по три особи (либо две самки из разных популяций и один самец, либо два самца и одна самка). Ученые фиксировали, с какими рачками из популяций формировался амплексус — пара для спаривания. После чего самцов и самок смешивали в разных комбинациях, помещали в отдельные резервуары и наблюдали за развитием эмбрионов и появлением потомства. Оказалось, что прошедшие тысячелетия не разделили рачков. Особи из разных мест узнавали друг друга как представителей своего вида и давали потомство в лабораторных условиях.

«Поскольку репродуктивные барьеры не были обнаружены, на данный момент эти популяции следует рассматривать как принадлежащие к одному виду. И этот результат резко контрастирует с ситуацией для родственного морфологического вида E. verrucosus, чьи представители, обитающие в Байкале по разным берегам истока Ангары, очень далеки генетически, и не скрещиваются между собой. По всей видимости, разделение E. verrucosus на отдельные биологические виды началось еще до возникновения Ангары, чего не произошло для E. cyaneus. Мы продолжим исследования с другими рачками, чтобы определить, сколько времени в изоляции необходимо для образования новых видов», — комментирует руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Полина Дроздова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник НИИ биологии ИГУ.

Сложный жизненный цикл объекта исследований — байкальского рачка Eulimnogammarus cyaneus. Источник: Полина Дроздова

Кроме того, ученые обнаружили, что животные в лаборатории размножались непрерывно на протяжении более года, хотя в природе период воспроизводства длится несколько месяцев в году.

«Полученные данные означают, что этот вид рачков можно культивировать в искусственной среде. Особенности размножения делают их перспективной моделью для научных исследований. В дальнейшем мы планируем подобрать условия для устойчивой самовоспроизводящейся культуры», — уточняет Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ.

Изображение на обложке: типичный вид объекта исследования — байкальского рачка Eulimnogammarus cyaneus. Источник: Полина Дроздова. Источник: пресс-служба Российского научного фонда