Иркутские биологи обнаружили, что все виды байкальских рачков-амфипод в какой-то момент потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков. По мнению ученых, это могло произойти из-за того, что в прошлом значительная часть Байкала была покрыта толстым слоем льда, что заставило его обитателей адаптироваться к выживанию в сумерках. Статья опубликована в журнале BMC Ecology and Evolution.
В Байкале обитает множество животных, но наибольшим разнообразием отличается группа рачков-амфипод. Они населяют как мелководье, так и зоны больших глубин озера. Этих микроскопических существ в Байкале около 350 видов и подвидов, и у большинства из них сложные фасеточные глаза. По форме и цвету глаз рачков ученые отличают один вид от другого.
На молекулярном уровне за зрение у всех животных, в том числе и у рачков, отвечают зрительные пигменты. Опсины — это светочувствительные рецепторы, находящиеся в клетках сетчатки. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение. Именно эти белки рачков заинтересовали ученых из НИИ биологии Иркутского государственного университета за счет потенциального их применения в оптогенетике. Байкальские рачки были выбраны исследователями из-за высокой насыщенности кислородом толщи воды. В таких условиях пресноводные организмы могут обитать на глубине более полутора километров. И если на мелководье Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то на глубинах более 100 метров всегда стабильная холодная температура и очень темно.
Поддержанные грантом Президентской программы РНФ биологи решили проверить, как рачки разных видов приспосабливались к настолько разным условиям. Оказалось, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительностью их приспособления к особым байкальским условиям. Однако выяснилось, что у всех без исключения групп байкальских бокоплавов остались опсины только второго класса и полностью отсутствуют опсины первого. При этом у родственных видов из других водоемов есть оба варианта. У всех исследованных глубоководных видов также отсутствовал вариант второго опсина, отвечающий за цветное зрение.
Случаи такого радикального изменения одного и того же признака в группах животных обычно свидетельствуют о резких изменениях условий среды обитания. Чаще всего это масштабные и катастрофические процессы — например, массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. Исследования показали, что в прошлом Байкал неоднократно проходил через периоды как потеплений, так и похолоданий. В отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем. По мнению авторов, именно такое похолодание стало причиной массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, которые когда-то обеспечивали зрение в средневолновом диапазоне спектра.
«Пример со зрением байкальских амфипод служит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме. Очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже у них мы видим эволюционные "шрамы" — явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков», — резюмировал соавтор работы, директор НИИ биологии ИГУ Максим Тимофеев.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
