Расшифровка биогеографических секретов глубоководных блюдечек
Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) и Гонконгского баптистского университета (HKBU) впервые расшифровали демографическую историю, генетическую структуру и связность популяций глубоководного блюдечка, широко распространённого в экосистемах гидротермальных источников и холодных сипов в северо-западной части Тихого океана. Это исследование не только углубляет наши знания об историческом расхождении популяций и современном потоке генов у глубоководных организмов под влиянием сложного взаимодействия местных условий обитания, рельефа дна и океанических течений, но и служит научной основой для лучшей сохранности морского биоразнообразия и более эффективного управления окружающей средой.
Открытие глубоководных гидротермальных источников в конце 1970-х и углеводородных сипов в начале 1980-х годов значительно изменило наше понимание эволюции жизни на Земле. В отличие от мелководных экосистем, основанных на фотосинтезе, экосистемы глубоководных источников и сипов, характеризующиеся темнотой, высоким давлением и часто высокой концентрацией токсичных веществ, поддерживаются в основном хемосинтезом. Располагаясь в тектонически активных зонах и вдоль континентальных окраин, они образуют «оазисы жизни» в глубоком океане и служат домом для множества существ. Соседние поля источников и участки сипов обычно разделены десятками или сотнями километров. Тем не менее, ряд видов процветает в обеих средах обитания, что ставит интригующие вопросы о том, как их популяции поддерживают связность между удалёнными местообитаниями и способствуют ли различия в типах местообитаний внутривидовому расхождению.
Международная исследовательская группа под руководством профессора Цянь Пэйюаня (HKUST) и профессора Цю Цзяньвэня (HKBU) в сотрудничестве с учёными из Океанического университета Китая и Японского агентства науки и технологий по изучению морских недр (JAMSTEC) изучила демографическую историю, генетическую структуру и связность популяций глубоководного блюдечка.
С помощью популяционно-геномного анализа команда впервые выявила четыре различные, связанные со средой обитания генетические группы глубоководных блюдечек в северо-западной части Тихого океана: одну в экосистемах гидротермальных источников и три — в экосистемах холодных сипов. Демографический анализ показал, как миграционные события блюдечек способствовали формированию этих четырёх групп.
Исторически блюдечко диверсифицировалось на две генетические группы в сипах, причём первая группа обитала на более мелководном сипе в возвышенности Куросима. Часть их личинок затем, возможно, вместе с историческим смещением течения Куросио, проникла в жёлоб Окинава, адаптировалась к условиям гидротермальных источников и в итоге сформировала генетическую группу источников жёлоба Окинава. Вторая группа сипов, обитавшая на более глубоководных участках, недавно разделилась на две отдельные генетические группы в хребте Цзяолун в Южно-Китайском море и в заливе Сагами. Такая картина генетического расхождения могла быть связана с барьерным эффектом пролива Лусон и сокращением поступления метана в сип хребта Цзяолун за последние две тысячи лет.
Анализ данных физического моделирования океана показал потенциальную роль рельефа дна и течений в формировании генетической связности, современной миграции и локальной гибридизации блюдечек. В частности, численные эксперименты с высвобождением частиц продемонстрировали, что перенос воды между жёлобом Окинава и открытой частью северо-западной Пацифики топографически ограничен (особенно на глубинах от 800 м и ниже), что помогает объяснить высокий уровень связности популяций и генетическую однородность блюдечек, колонизировавших гидротермальные поля в жёлобе Окинава. Эксперименты также позволили предположить, что перенос промежуточных вод северной части Тихого океана мог способствовать современному расселению части личинок из сипа залива Сагами к источникам жёлоба Окинава и последующей гибридизации между особями этих двух генетических групп.
«Связность популяций — критический критерий для оценки ценности местообитания с точки зрения сохранения биоразнообразия согласно Конвенции о биологическом разнообразии (CBD), Международной морской организации (IMO) и другим агентствам ООН. Поэтому мы ожидаем, что результаты этого исследования углубят понимание демографических механизмов и связности популяций глубоководных организмов, заложат основу для сохранения морского биоразнообразия и устойчивого использования морских ресурсов», — сказал профессор Цянь.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.