Общество
ДНК моллюсков расскажет историю сверхконтинента Пангея

ДНК моллюсков расскажет историю сверхконтинента Пангея

19.03.2020 11:06Журнал «Территория развития»
Архангельские биологи реализуют далеко ведущий исследовательский проект.

Учёные Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики РАН вместе с зарубежными коллегами открывают новые виды пресноводной фауны, изучают сложную географию их расселения и ДНК. Совместная работа с французскими геохимиками открыла совершенно неожиданные перспективы. Речь о глобальном проекте, который должен завершиться подтверждением (или опровержением) интереснейшей биологической гипотезы, а с другой стороны, даст возможность пролить свет на то, как образовались нынешние континенты Земли.

 Фото из архива ФИЦКИА РАН. Фото из архива ФИЦКИА РАН

Здравый консерватизм

Пресноводные двустворчатые моллюски (перловицы, жемчужницы и беззубки) при всей своей внешней простоте — весьма интересная живность. Это очень древние группы животного мира. Время их возникновения — триасовый период (220–240 миллионов лет назад): появились они примерно тогда же, когда и динозавры, но с лёгкостью их пережили.

— Моллюски — очень консервативная форма: скорость эволюции их генома достигает всего доли процента на миллион лет, — объясняет директор ФИЦКИА РАН, член-корреспондент РАН Иван Болотов. — К медленно развивающимся видам также относятся пиявки, кистепёрые рыбы, крокодилы, черепахи, также появившиеся в мезозойскую эру. Вероятно, произошёл удачный разворот эволюции, и они идеально приспособились к среде обитания. Предположительно, у таких организмов вырабатывается особый механизм, который защищает их ДНК, поддерживает в неизменном состоянии, не позволяя меняться, отсекая все мутации.

Международная группа биологов, костяк которой составляют архангелогородцы, и в которую входят ведущие учёные-малакологи США, Португалии и ряда других стран, пришла к выводу, что пресноводные моллюски произошли от одного предка, обитающего в очень крупной реке на территории нынешнего Китая. Это был морской моллюск, который вселился в пресные воды. Подтверждение этой гипотезы произошло в Мьянме, где были обнаружены пресноводные моллюски, бурящие скалы.

Пробоподготовка образцов для дальнейшего анализа на высокоточном оборудовании проводят в Миди-Пиренейской лаборатории университета Тулузы. Фото из архива ФИЦКИА РАНПробоподготовка образцов для дальнейшего анализа на высокоточном оборудовании проводят в Миди-Пиренейской лаборатории университета Тулузы. Фото из архива ФИЦКИА РАН

Паразит на паразите

В истории Земли морские формы заселялись в пресную воду неоднократно. Бурильщики жили в эстуарии — прилегающем к морю устье реки. По мере тектонического подъёма участка земной коры среда их обитания всё больше опреснялась. Моллюски смогли приспособиться и сейчас живут далеко от моря. Кажется, что всё просто, но в реальности — это колоссальные физиологические изменения.

Перестройка жизненного цикла происходила так, чтобы личинка моллюска смогла свободно жить в пресной воде. Для выполнения этой цели эволюция выбрала механизм паразитирования: личинка прикрепляется к рыбе и развивается в её жабрах. Развиваясь, особь в итоге выходит во внешнюю среду и живёт самостоятельно, уже не паразитируя на других видах. То есть на раннем этапе рыба-хозяин заменяет моллюску своими биологическими жидкостями морскую воду.

Что интересно, занимаясь исследованием раковин, учёные ФИЦКИА РАН обнаружили организмы, которые паразитируют на моллюсках и рыбах. И это упомянутая группа таких же древних организмов — пиявок. Совсем недавно архангельские учёные открыли новые виды пиявок, обитающих в водоёмах Дальнего Востока России, Южной Кореи и Мьянмы, и описали их паразитический жизненный цикл.

Присутствие пиявок в мантийной полости пресноводных моллюсков биологи фиксировали с XIX века, но до настоящего времени такое явление считалось случайностью. Архангельские исследователи установили, что некоторые из открытых видов пиявок-паразитов живут внутри раковин большую часть жизненного цикла.

На ранней стадии развития пиявка питается гемолимфой моллюска. Покинув раковину, она присасывается к рыбе, чтобы добыть кровь, накапливая её в пищеварительной системе. Как и самка комара, пиявка пьёт кровь для созревания яиц. Рыбы выступают в качестве агентов расселения пиявок в водоёмах. Получив кровь рыбы, пиявка возвращается в моллюска, чтобы отложить яйца.

Проблема пиявок-паразитов требует дальнейшего пристального изучения. Глобальные изменения климата могут вызвать вспышки численности пиявок и ослабление популяций рыб и моллюсков. Учёные определили уровень заражения моллюсков пиявками в различных регионах. Самый высокий процент зафиксирован в Восточной Азии (Дальний Восток РФ, Южная Корея, Япония).

Обладательница президентского гранта Ольга Аксёнова отбирает образцы на озере Эмералд (Канада). Фото из архива ФИЦКИА РАНОбладательница президентского гранта Ольга Аксёнова отбирает образцы на озере Эмералд (Канада). Фото из архива ФИЦКИА РАН

Кто от кого произошёл

Но вернёмся к моллюскам — важнейшей составляющей пресноводных экосистем, выполняющей роль естественных фильтров воды. Эти виды зародились на территории современного Китая, когда континентов в нынешнем понимании ещё не было. Зато был сверхконтинент Пангея, включавший северный континент Лавразию (позднее расколовшуюся на Евразию, Северную Америку и Гренландию) и южный континент Гондвану (от которой образовались Африка, Южная Америка, Австралия и Антарктида).

Моллюски возникли именно в период существования Пангеи и расселились на всех континентах кроме Антарктиды.

Биологи взяли на вооружение мысль о том, что в ДНК моллюсков заложена информация о прошлом континентов и их соединениях. Но сначала надо расшифровать и прочитать эту геномную информацию. Вот поэтому большой международный коллектив изучает моллюсков по всему миру и создаёт объёмную информационную базу и расчётную модель, которая поможет понять, где возникла группа моллюсков и как расселялась. Распространяться она могла с пресноводными рыбами, а значит, только через прямые соединения рек.

По словам Ивана Болотова, если учёные смогут понять, какая группа от какой произошла, и чётко датировать, когда это случилось, можно будет восстановить основные этапы дезинтеграции Пангеи, контуры рек и их устьевых частей. Выяснить, как они могли соединяться на разошедшихся континентах. Биологи считают пресноводных моллюсков уникальной группой, которая поможет реконструировать древнейшие биологические и геологические события.

Что ещё любопытно, российские учёные совместно с коллегами из университета Тулузы (Франция) рассматривают генетическую эволюционную картину моллюсков в связке с геохимией. Это ключ к пониманию того, как эволюционировали механизмы накопления неорганических элементов в раковине, что в перспективе поможет нащупать связь древних раковинных ископаемых с конкретными современными таксономическими группами.

— Два разных вида, обитающих в одном пресноводном водоёме, находятся в одинаковых условиях, но, если мы достоверно подтвердим различия содержащихся в их раковинах спектров микроэлементов, это будет означать, что «работает» именно вид, — объясняет директор ФИЦКИА РАН. — Если нам удастся доказать различия геохимии на уровне вида, рода и семейства, мы получим уникальный инструмент для определения таксономической принадлежности раковин.

Сотрудники партнёрских научных центров собрали сотни образцов пресноводных моллюсков на разных континентах — в Северной и Южной Америке (США, Канада, Бразилия, Аргентина), в Австралии, Африке и Евразии — от Западной Европы до Японии. В конце 2019 года в Тулузе выполнили пробоподготовку образцов. Учёные приступили к считыванию содержащихся в раковинах микроэлементов на высокоточных спектрометрах.

После обработки данных участники проекта планируют создать глобальную базу расшифровок микроэлементных спектров раковин и международную онлайн-систему, которой могли бы пользоваться и пополнять новыми образцами биологи всего мира.

Высокотехнологичный инструмент может стать эффективным и с точки зрения анализа археологических и палеонтологических данных. Например, с помощью него можно будет определять происхождение найденных археологами древних украшений из жемчуга, сопоставляя полученные данные с эталонными спектрами на интернет-портале.

Нашли ошибку? Выделите текст, нажмите ctrl+enter и отправьте ее нам.