Как формируются генетические острова у морских моллюсков

Обычно особи популяции морских видов, способные расселяться на большие расстояния, имеют сходный генетический состав. Однако иногда на небольших локализованных участках внутри популяций на короткий период внезапно появляются небольшие группы генетически отличных особей. Новое исследование объясняет, как может происходить это хаотичное формирование генетических островов у морских моллюсков. Ученые из Билефельдского университета и Британской антарктической службы (British Antarctic Survey) совместно провели исследование, опубликованное в Science Advances.

Изучая блюдечка Nacella concinna, исследователи смогли объяснить генетическое расхождение групп животных внутри популяции двумя факторами. Используя геномные данные, данные дрейфующих буев и компьютерное моделирование, они доказали, что в случае с блюдечком целое поколение потомства произошло от крайне ограниченного числа родителей, а течение перенесло личинок вместе в одно место. «Нам удалось преодолеть разрыв между теорией и реальностью», — говорит молекулярный биолог профессор д-р Джозеф Хоффман из Билефельдского университета, соавтор исследования.

Первое доказательство теоретических предположений о формировании генетических островов

Часто ли происходит хаотичное формирование островов, зависит от случайностей. «Расселение таких организмов может быть географически ограниченным и нестабильным во времени», — говорит д-р Дэвид Вендрами, коллега Джозефа Хоффмана и ведущий автор исследования. «Существует множество теорий, пытающихся объяснить, как возникают эти генетические острова, но на практике до сих пор не удавалось связать это с конкретным механизмом».

Исследование — результат сотрудничества ученых из Билефельда с коллегами из Британской антарктической службы (BAS), которые собрали данные на месте. Профессор Ллойд Пек, д-р наук из BAS, собрал образцы блюдечек во время погружений в Антарктиде, и вместе с Джозефом Хоффманом предложил идею исследования. «Блюдечко Nacella concinna — одно из существ, густо населяющих мелководья Антарктики. В некоторых местах там живет почти 500 животных на квадратный метр», — говорит Пек. Ежегодно самки выпускают в воду миллионы яиц, из которых развиваются личинки. Анализ генетических образцов из Антарктики четко показал наличие генетического острова и позволил предположить, что у этих блюдечек генетические острова, вероятно, возникают и исчезают относительно часто. «Мы обнаружили генетические структуры, в которых животные в популяциях тесно связаны между собой, так что братья, сестры и двоюродные братья очень доминируют на небольшой территории».

Методология позволяет реконструировать другие случаи формирования генетических островов

Данные исследования собраны в 1999 и 2015 годах в девяти локациях Антарктики. Ученые проанализировали геномные данные и объединили их с данными дрейфующих буев, которые предоставили информацию об океанических течениях. «Мы также разработали компьютерные симуляции, в которых воссоздали жизненный цикл блюдечек, чтобы понять, какие события могут привести к появлению генетического острова», — говорит Дэвид Вендрами. Результаты были убедительными: все поколение блюдечек в одном месте произошло от крошечного числа родителей. Личинки также перемещались согласованно с океаническим течением и, таким образом, осели в одном месте.

Однако это не означает, что все другие теории формирования генетических островов ошибочны. «В других случаях может применяться совершенно иная теория», — говорит Вендрами. «Наша исследовательская модель позволяет реконструировать генетическое островообразование и в других случаях и сузить круг возможных причин».

«Чтобы понять, как эволюционируют морские популяции, необходимо постичь механизмы, влияющие на их генетическое разнообразие», — говорит Дэвид Вендрами. Это важно, например, для лучшей оценки воздействия антропогенных вмешательств или для управления охраняемыми территориями и рыболовными угодьями. «Наши результаты дают основу для лучшего понимания и управления морскими популяциями». Например, управляющий охраняемой территорией может быть обеспокоен, если множество особей в одном месте генетически очень похожи. «Но это может быть просто формированием краткосрочного генетического острова», — говорит ученый. «Если это можно проверить, легче оценить, например, есть ли смысл вмешиваться, потому что популяция находится под угрозой, или же это, возможно, просто краткосрочное и случайное событие».