Российские ученые Кольского научного центра обнаружили генетически идентичные растения, которые при этом выглядят, как совершенно разные виды. Такое явление раньше не наблюдали.
В биологии хорошо известно явление криптических видов (от греческого «kryptos» – скрытый). Это организмы, которые внешне практически неотличимы друг от друга, но при генетическом анализе оказываются разными видами, не способными скрещиваться. Такие случаи нередки, особенно среди мхов, насекомых и микроорганизмов, внешних признаков которых для различения просто недостаточно.
Ученые привыкли к тому, что генетические различия могут не проявляться внешне. Однако недавно российские ботаники столкнулись с обратной ситуацией. Результаты их работы были опубликованы в международном бриологическом журнале Arctoa.
В ходе экспедиции на северо-востоке Якутии, в бассейне реки Берелех (левый приток Индигирки), сотрудники Югорского государственного университета обнаружили необычный печеночник и передали его для изучения специалистам Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского научного центра РАН.
Он рос среди сфагнума и других болотных растений в так называемых хасыреях – чашах бывших термокарстовых озер, характерных для вечной мерзлоты. Печеночник не удалось отнести ни к одному известному науке виду по его особенному внешнему облику, и ему дали название Rudolgaea aenigmatica (Рудольгея загадочная).
Внешне новый вид заметно отличается от своего ближайшего родственника, Rudolgaea borealis (Рудольгея северная). У R. aenigmatica очень узкие (длина превышает ширину почти в два раза), волнистые и выпуклые листья с глубокими вырезками, неровными краями и длинными зубцами или ресничками у основания. У R. borealis листья более широкие, плоские, с ровными краями и тупыми лопастями. Различия очевидны даже при беглом осмотре под микроскопом.
Различия очевидны сразу, и спутать этот вид с другими невозможно, – отмечают авторы описания.
Однако стандартный молекулярный анализ (ДНК-баркодирование) показал неожиданный результат: генетические последовательности нового вида оказались идентичны маркерам Rudolgaea borealis.
Чтобы исключить методическую ошибку, исследователи провели масштабную дополнительную проверку. Они секвенировали в общей сложности семь маркеров ДНК (два ядерных и пять хлоропластных). Результат остался прежним: полная идентичность.
Для поиска различий на уровне всего генома был применен ISSR-анализ. Этот метод позволяет сканировать множество участков генома одновременно с помощью разных праймеров, создавая своеобразный «генетический отпечаток». Были использованы 11 различных праймеров, и снова результат показал полный совпадающий состав полос (бэндов) для обоих видов.
Более того, экологические условия обитания двух видов также оказались идентичными. Оба растут в одних и тех же минеротрофных (умеренно богатых минеральными элементами) болотах Якутии. Исследователи дважды находили их в одном и том же растительном сообществе, а в одном случае – даже в одной моховой подушке.
Здесь и возникает методический парадокс. Согласно современным представлениям интегративной таксономии, если две популяции сильно различаются внешне, мы ожидаем найти у них либо генетические различия, либо разные экологические предпочтения.
В случае с рудольгеями мы наблюдаем обратное. С одной стороны, они имеют яркие морфологические различия и даже описаны как разные виды. С другой, они полностью генетически идентичны по всем проверенным маркерам и ISSR-анализу, а также занимают идентичные экологические ниши – растут бок о бок в одних и тех же условиях.
Столь явные морфологические различия при отсутствии четкой молекулярной и экологической дифференциации описаны для печеночников впервые, и на данном этапе знаний объяснения этому не найдены, – подчеркивают авторы исследования.
Хотя окончательного ответа пока нет, ученые обозначили вектор дальнейших исследований. Так как традиционные маркеры и даже ISSR-анализ не выявили различий, есть предположение, что генетическая дивергенция может быть обнаружена с помощью метода «супер-баркодинга» – сравнительного анализа полных хлоропластных или митохондриальных геномов. Однако сейчас провести такой анализ затруднительно из-за малого количества доступного гербарного материала.
Вероятно, генетические различия между этими двумя морфологически явно различными видами будут обнаружены в будущем, но в настоящее время мы не смогли выявить их имеющимися материалами и методами, – заключают ученые.
Несмотря на большие возможности, которые открылись перед исследователями с появлением молекулярных методов, природа до сих пор подкидывает сюрпризы и не хочет укладываться в строгие модели. Случай Rudolgaea aenigmatica подчеркивает необходимость комплексного анализа и использования более чувствительных методов генетических исследований.
Фото: Кольский научный центр РАН
Источник: Минобрнауки России
