Биологи выяснили, что два вида рачков, называемых водяными блохами — Daphnia atkinsoni и Daphnia triquetra, — в процессе эволюции независимо друг от друга приобрели на голове структуру из шипов, похожую на терновый венец. Такой венец помогает им защищаться от хищников, а потому повышает шансы рачков на выживание. Геномный анализ показал, что «терновый венец» — очень древнее приобретение, возникшее у дафний уже в мезозойской эре (по грубым оценкам — 145–66 миллионов лет назад). Полученные данные помогают лучше понять, как развивались защитные приспособления у беспозвоночных животных. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Zoologica Scripta.
Голова Daphnia atkinsoni с «терновым венцом», вид сверху. Снимок под конфокальным лазерным микроскопом. Источник: Алексей Котов
Дафнии (Daphnia), называемые также водяными блохами, — это рачки, которые населяют большинство континентальных водоемов мира. Они служат пищей для мелких рыб, других позвоночных и беспозвоночных животных. Еще в XVIII веке ученые обнаружили, что для защиты от хищников, например щитней (Notostraca), у некоторых видов дафний есть особые приспособления. Это могут быть хвостовая игла, твердая хитиновая пластинка на голове, а также окружающие ее шипы. Шипы вокруг головной пластинки у дафний напоминают корону, поэтому биологи называют такие структуры «терновым венцом». При этом «венец» непостоянен — он может формироваться у рачков, когда в водоеме присутствуют хищники, а при отсутствии опасности утрачиваться. До сих пор оставалось неизвестно, возник ли «терновый венец» у дафний единожды в процессе эволюции, или разные виды приобрели его независимо друг от друга.
Биологи из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН (Москва) в сотрудничестве с коллегами из других институтов исследовали два вида дафний, способных формировать «терновый венец», — Daphnia atkinsoni и Daphnia triquetra. Ученые выделили ДНК из рачков, отловленных ранее в водоемах на территории юга России, Монголии и Казахстана. Полученные генетические последовательности исследователи расшифровали и сравнили с геномами дафний, не имеющих на голове подобной защитной структуры.
Геномный анализ показал, что Daphnia atkinsoni и Daphnia triquetra представляют собой две генетически независимые линии, каждая из которых имеет близких родственников среди видов без «тернового венца». Так, Daphnia atkinsoni оказалась родственна «не коронованному» виду Daphnia tibetana, а Daphnia triquetra — виду Daphnia studeri.
Кроме того, авторы определили, что группа видов, в которую входят Daphnia atkinsoni и Daphnia triquetra, возникла в позднем мезозое — примерно 145–66 миллионов лет назад. Соответственно, столь же древним оказывается появление «тернового венца» у дафний как средства защиты от хищников, которые существуют так же давно.
«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», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, 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.
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).
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда