Геном крошечного рачка рассказал об опасной тенденции.
Гидробиологи всего мира встревожены: в скором времени в результате антропогенного воздействия человека многие экосистемы могут трансформироваться до неузнаваемости. Некоторые из изменений окружающей среды уже необратимы, другие представляют собой серьезный вызов человечеству. Еще одна существенная проблема - биологические инвазии, или проникновение живых организмов за пределы их естественной области распространения, в результате антропогенной деятельности. Последствия их внедрения часто оказывают пагубное воздействие на природные экосистемы и негативно влияют на экономику.
В России изучение важнейшей проблемы биоинвазий поддержано грантом РФН
№23-14-00128 «Расселение гидробионтов в континентальных водоемах Понто-Каспийского бассейна как непрерывный ряд событий от палеогеновых миграций и неогеновых волн вселения из Паратетиса к плейстоценовым пульсациям ареалов и современным антропогенным инвазиям». В ходе Всероссийской онлайн-конференции «Научные мосты: результаты грантополучателей РНФ», посвященной 10-летию Российского научного фонда, о ходе выполнения этого проекта рассказал его руководитель, главный научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН, член-корреспондент РАН Алексей Котов.
В качестве наглядных примеров разрушительных инвазий ученый привел фитофтору, нашествия колорадского жука, крыс и даже кроликов в Австралии. Но такое происходит не только на суше, биоинвазия влияет и на водные территории. Так, водное растение североамериканского происхождения элодея канадская, которую также называют «водяной чумой», заполонила пруды и озера практически всех континентов, а рыба ротан, полностью выедающая других рыб и амфибий, переместилась с Дальнего Востока в водоемы европейской части России и многих страны Европы. В бассейне Волги недавно появилась гигантская китайская беззубка, а красноухую черепаху, по словам Алексея Котова, теперь можно встретить практически в любом пруду Москвы.
Проект, о котором идет речь, посвящен инвазионным видам гидробионтов (организмы, приспособленные к обитанию в водной среде) и в основном выполняется на примере ветвистоусых ракообразных, или водяных блох. Эти крошечные существа размером в несколько миллиметров широко распространены по свету, известно около 850 их различных видов. Они используются в качестве корма (их еще называют «дафнии») для аквариумных и промышленно выращиваемых рыб, а геном водяных блох дает обширный материал для исследований, поскольку содержит более 30 тысяч различных генов.
Модельная группа ветвистоусых ракообразных служит для решения самых разных биологических задач. Изучение этих рачков в генетическом плане началось еще в 2014 году, когда группа Алексея Котова получила первый грант РНФ. С тех пор создана и успешно функционирует генетическая лаборатория, полностью оснащенная за счет РФН.
Проблема видов-вселенцев возникла еще в 1950-1960-е годы, когда микроракообразные начали расселяться из Понто-Каспийского региона вверх по Волге, Днепру, Дунаю и далее. Уже тогда в публикациях советского гидробиолога Филарета Мордухай-Болтовского предсказывалось, что эти животные могут представлять собой реальную угрозу для экосистем и санитарного состояния водоемов.
– Миниатюрный рачок Bythotrephes longimanus (таких с десяток уместится на ногте пальца руки) только на первый взгляд неприметный и не особо интересный. Если посмотреть на карту распространения этого вида, то он достаточно широко встречается в северной части Европы, в том числе в северной части РФ, а вот в более южных областях и Сибири он распространен реже. Большое его в Северной Америке, и это, несомненно, та самая биологическая инвазия, - уверен ученый.
В пределах рода Bythotrephes было установлено много разных видов, на основании морфологических признаков они были разделены. Рачок заинтересовал ученых, потому что вселился в бассейн Волги, которая является частью Понто-Каспийского бассейна. Его путь пролегал из Белого моря через северные реки, которые были соединены многочисленными каналами, в том числе с Волгой. Вообще говоря, отмечает А.Котов, нам еще повезло, потому что ничего серьезного из-за этого пока не случилось, но так бывает не всегда.
Сегодня Bythotrephes относится к 100 наиболее вредным видам вселенцев мира. И то, что он натворил в Великих озерах (США), заслуживает отдельного рассказа. В Америку он попал откуда-то из Европы в балластных водах судов, которые переплывали через Атлантику. Вместе с ним «приплыли» моллюск дрейссена и другие водные обитатели, а затем вся «компания» приступила к модификации биоты Великих озер, поедая самый мелкий зоопланктон - основной фактор, сдерживающий развитие цианобактерий, то есть сине-зеленых водорослей.
В результате, по словам Алексея Котова, озеро Эри системы Великих озер выглядит сегодня совсем не так, как еще 20 лет назад. Цианобактерии составляют в нем большинство всего фитопланктона, они зачастую токсичны, вызывают массовое цветение, гибель рыбы, а вода становится непригодной к употреблению. Кроме того, рачок стал серьезной проблемой для рыболовства. Его длинные хвостовые иглы повреждают слизистую пищеварительной системы рыб, что приводит к болезням и гибели мальков.
– Именно этого «зверя» мы исследовали. Карта отбора проб, которые мы изучили, охватывает полсотни водоемов Северной Америки, Европы, России, - отметил ученый.
Исследование подтвердило, что Bythotrephes longimanus является единственным видом своего рода, несмотря на наличие различных морфотипов. Биогеографический анализ показал, что центр распространения рачка находился в Северной Европе, откуда он начал расселяться в последние 10 тысяч лет. Что касается азиатских популяций этого «зверя», то, по мнению Алексея Котова, скорее всего, они тоже инвазионные, и это стоит учитывать, наблюдая видоизменения различных экосистем, которые совершаются в последнее время. И последний, весьма пессимистический, вывод, к которому пришли ученые, состоит в том, что человеческая деятельность в недалеком будущем может превратить планету в нечто единообразное и малоинтересное для биогеографа.
Этот процесс нуждается в изучении и осмыслении, в том числе в виде сравнения современных сценариев расселения гидробионтов с теми, что идут из далекого и недавнего прошлого. Исследования в данном направлении могут помочь разработать методы контроля инвазий, что представляется важной народнохозяйственной и природоохранной задачей.
Проект, получивший поддержку РНФ, направлен на создание научных основ стратегии и тактики эффективного сохранения и управления водными экосистемами, в том числе выработки конкретных рекомендаций по минимизации негативных воздействий, что особенно важно в условиях ограниченности финансовых ресурсов. Особенно ценной является прогностическая сторона работ, позволяющая предсказать развитие ситуации с тем или иным видом и экосистемой под влиянием чужеродных видов.
Светлана Беляева
