Ветвистоусые рачки (надотряд Cladocera), живущие в основном в пресных водоемах, интересны не только специалистам по ракообразным. Эти микроскопические животные – модельные объекты эволюционной биологии, генетики, экологии и других направлений биологических наук. Особенно часто в исследованиях используются рачки из рода дафний. Несмотря на то, что это наиболее известный и распространенный род кладоцер, у гидробиологов еще нет целостного представления о картине распространения этих рачков по Евразии. Одна из причин – то, что на огромной территории Сибири дафний никогда специально не изучали. Недавно российские ученые впервые собрали в сибирских водоемах рачков нескольких видов и исследовали их, чтобы узнать больше об истории их расселения по континенту.
Для исследования выбрали три вида дафний, которые встречаются по всей Северной Евразии и известны любому гидробиологу: Daphnia galeata, D. longispina и D. dentifera. Образцы рачков собрали в 35 водоемах европейской части России, Восточной Сибири, Дальнего Востока, а также Австрии и Монголии. Всех дафний перед исследованием сфотографировали, чтобы сохранить данные об их внешнем виде, а затем извлекли из некоторых особей ДНК. Генетическое сравнение популяций из разных регионов проводили по двум митохондриальным генам. Митохондрии – небольшие органеллы клетки, ее «энергетические станции». Митохондриальная ДНК у всех животных передается только по материнской линии, в то время как ДНК ядра клетки при оплодотворении собирается из генетического материала обоих родителей. Именно поэтому проследить родственные связи между разными популяциями животных по митохондриальным генам проще, чем по генам в ДНК ядра. Для сравнения наследственного материала были использованы не только собранные в ходе исследования данные, но и информация из международной базы GenBank.
Ученые выявили различия в ДНК дафний из разных районов Евразии и смогли определить генетические дистанции между популяциями и примерное время их расхождения.
Выяснилось, что, несмотря на близость трех видов дафний, они по-разному расселялись по Северной Евразии. Распространение Daphnia galeata по региону произошло очень быстро в относительно недавнее время. Виды D. longispina и D. dentifera оказались генетически очень неоднородными. Исследователи пришли к выводу, что эти дафнии во времена ледникового периода выжили в разобщенных популяциях в так называемых рефугиумах (убежищах) на территории Восточной Сибири. Большую часть ледникового периода климат в этом регионе был сухим и холодным, и немногочисленные водоемы были сильно изолированы друг от друга. Когда условия изменились, обособленные популяции D. longispina и D. dentifera распространились шире, но так и не смешались между собой. В результате внутри каждого вида сохранилось сильное генетическое разнообразие как отпечаток их плейстоценовой истории.
«В этом исследовании мы применили филогенетический и филогеографический подходы, то есть на основе генетических данных выделили родственные линии дафний, выяснили связи между ними и реконструировали историю расселения отдельных видов по Северной Евразии в целом, – поясняет ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, профессор РАН, член-корреспондент РАН Алексей Котов. – Ветвистоусые рачки рода Daphnia – наиболее удобный модельный объект для такой работы, но мы планируем изучить демографическую историю и других родов ветвистоусых ракообразных, а также некоторых других микроскопических животных континентальных водоемов. В совокупности эти исследования позволят создать единую картину того, какие исторические процессы сформировали современное биоразнообразие водоемов Северной Евразии».
