«Венец» для блохи. В процессе эволюции дафнии независимо друг от друга развили шипы на головах

Исследования биологов показали, что два вида рачков, известных как водяные блохи, — Daphnia atkinsoni и Daphnia triquetra — независимо развили на голове шиповидную структуру, напоминающую терновый венец. Эта защита способствует их выживанию, помогая противостоять хищникам. Геномный анализ показал: этот «терновый венец» возник у дафний еще в мезозойские времена, приблизительно между 145 и 66 миллионами лет назад.

Эти результаты способствуют лучшему пониманию эволюционных механизмов формирования защитных адаптаций у беспозвоночных. Исследование, поддержанное грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), было опубликованы в журнале Zoologica Scripta.

Дафнии (Daphnia) — это рачки, которые обитают в пресных водоемах по всему миру и служат пищей для мелких рыб и других животных. Еще в XVIII веке ученые заметили, что некоторые виды дафний имеют специальные защитные шипы и структуры, такие как хвостовая игла или хитиновые пластины на голове. Эти шипы могут образовывать «венец», который временами исчезает при отсутствии угрозы.

Daphnia atkinsoni. Источник: Pereboev et al. / Zoologica Scripta, 2024.

Биологи из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН провели анализ ДНК, извлеченной из рачков, пойманных на юге России, в Монголии и Казахстане. По итогам сравнения с геномами видов без «тернового венца» выяснили, что обе исследуемые группы имеют разные генетические линии, каждая из которых связана с близкими родственниками. Возникновение этих видов произошло в позднем мезозое, подтверждая древность «тернового венца» как защитного механизма.

Полученные нами данные позволяют лучше понять историю появления защитных приспособлений у пресноводных животных в процессе эволюции. Именно ветвистоусые ракообразные служат модельными объектами для подобных работ. Структуры, подобные "терновому венцу", позволяют увеличить шансы на выживание в присутствии естественных врагов, а потому важны с точки зрения поддержания вида. В дальнейшем мы планируем продолжить исследование рачков Daphnia atkinsoni, поскольку имеются свидетельства того, что под этим названием скрывается целая группа родственных видов. Мы хотим не только прояснить число видов в группе, но и понять, насколько у них различается регуляция появления и исчезновения "тернового венца" в случае присутствия или отсутствия хищника в водоеме.

• Алексей Котов, член-корреспондент РАН, профессор РАН, главный научный сотрудник лаборатории экологии водных сообществ и инвазий Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН

Голова Daphnia atkinsoni с «терновым венцом», вид сверху. Снимок под конфокальным лазерным микроскопом. Источник: Алексей Котов.

В исследовании принимали участие сотрудники Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (Борок), Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН (Москва) и Карлова университета (Чехия).

Изображения предоставлены РНФ