Ученые приоткрывают историю Северной жемчужницы

Биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН (ФИЦКИА УрО РАН – Лавёровский центр, Архангельск), Карельского научного центра РАН (Петрозаводск) и Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (Москва) на основе анализа генетических данных провели реконструкцию путей расселения пресноводного двустворчатого моллюска европейской жемчужницы (Margaritifera margaritifera) в постледниковый период, а также оценили генетическое разнообразие вида.

Основная часть материалов для исследований была собрана в ходе экспедиций сотрудниками Лавёровского центра и Карельского научного центра РАН. Часть материала была взята из доступных зарубежных баз данных. Таким образом, был охвачен практически весь ареал вида, простирающийся от Архангельской области до Пиренейского полуострова в Европе и от штата Делавэр в США до острова Ньюфаундленд в Канаде на восточном побережье Северной Америки.

Для анализа внутривидовой генетической изменчивости у моллюсков использовались фрагменты последовательности гена цитохром-с-оксидазы первой субъединицы (COI). Участок митохондриального гена COI эволюционирует, накапливая мутации и замены отдельных нуклеотидов. Анализ схожести этих участков у разных особей из разных популяций позволяет оценить степень их родства и в конечном итоге даёт возможность выявить пути расселения вида и области, которые могли служить убежищами-рефугиумами отдельных популяций в период оледенения.

В ходе исследования российские учёные подтвердили более ранние данные зарубежных коллег о том, что на территории Пиренейского полуострова, юге Франции и на Британских островах в период последнего оледенения существовали рефугиумы – убежища для пресноводной фауны. Благодаря этим рефугиумам жемчужнице и лососёвым видам рыб, с которыми расселяется моллюск, удалось уцелеть на пике оледенения. Вероятно, оттуда жемчужница начала расселяться по своему ареалу после отступления ледника 15 – 12 тысяч лет назад.

Мигрировать жемчужнице помогает механизм паразитирования: личинки (глохидии) моллюска прикрепляются к жабрам рыб (сёмга и кумжа), обеспечивающих питание и способствующих расселению.

Анализ показал наибольшее генетическое сходство между популяциями жемчужницы в северо-восточной части Европы (Кольский полуостров, север Республики Карелия) и популяциями в Северной Америке. Этот факт хорошо согласуется с выдвинутой ранее гипотезой о неоднократном обмене мигрантами между популяциями лосося Северной Европы и Северной Америки. По всей видимости, европейская жемчужница неоднократно пересекала Северную Атлантику вместе с лососем, что и привело к обмену генами между популяциями из разных частей света.

Наиболее интересной территорией с точки зрения генетического разнообразия вида оказалась северная часть Республики Карелия.

– Это зона встречи двух миграционных потоков с юга – с Балтийского моря, Финского залива, и с севера – Северной Атлантики, Северной Америки, — комментирует ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии Лавёровского центра Илья Вихрев. – Именно здесь наблюдается наибольшее генетическое разнообразие: популяции в соседних притоках рек могут сильно отличаться между собой генетически. Такие регионы важны для любого вида: чем выше генетическое разнообразие, тем устойчивее биологическая система.   

Присутствие уникальных гаплотипов в отдельных популяциях Беломорской Карелии, Архангельской области и Ленинградской области свидетельствует о том, что эти популяции долгое время были изолированы.  При этом жемчужницы крайне медленно эволюционируют. Чтобы уникальные замены появились в анализируемом фрагменте гена COI, нужны миллионы лет.

Геологические данные показывают, что примерно, 15-12 тысяч лет назад существовали пресноводные приледниковые водоёмы, соединявшиеся с бассейнами рек Балтийского и Белого морей (Балтийское ледниковое озеро и Беломорское ледниковое озеро). Биологи предполагают, что древние озёра были изолированы. Это объясняет присутствие уникальных гаплотипов в популяциях. 

В настоящий момент архангельские учёные совместно с коллегами из Германии и Карелии занимаются детальным разбором картины обнаруженного генетического разнообразия с помощью анализа микросателлитных фрагментов ядерного генома пресноводных жемчужниц, который позволяет отследить изменения, отразившиеся в геноме организмов в течение последних сотен лет. Этот же метод позволит оценить влияние антропогенного пресса на генетическое разнообразие жемчужниц.

Экстремальным примером отсутствия генетического разнообразия по гену COI является популяция европейской жемчужницы в реке Пейпия в Ленинградской области, где в выборке был обнаружен единственный гаплотип. Отсутствие генетического разнообразия увеличивает риск исчезновения популяции.

Напомним, что пресноводные моллюски являются природным биофильтратором воды и живым индикатором её состояния. Вместе с тем, европейская жемчужница входит в число видов, находящихся под угрозой исчезновения. Учёные говорят об уменьшении количества её популяций и сокращении площади ареала. Риск вымирания моллюска связан со снижением численности рыб-хозяев. На отдельных территориях сказывается загрязнение воды промышленными и бытовыми стоками, искусственное изменение формы и режима русла рек.

Негативно влияет и фактор глобального потепления: повышение среднелетней температуры отражается на продолжительности жизни жемчужниц. Малакологи отмечают широтный тренд: жемчужницы из северных популяций крупнее и живут дольше, из южных популяций – мельче и живут меньше.

Исследование проводится в рамках проекта РНФ 21-74-10130 «Прогноз влияния изменения климата на генетическое разнообразие и состояние популяций угрожаемых видов крупных пресноводных двустворчатых моллюсков (Bivalvia: Unionoida) России». За счёт госзадания Минобрнауки России были проведены филогенетические расчёты, популяционно-генетический анализ, подготовка иллюстраций и написание рукописи.

Результаты исследования опубликованы в статье для журнала «Diversity» https://www.mdpi.com/1424-2818/14/6/477/htm