КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-14-00004

НазваниеИзучение наземно-пресноводно-морских переходов с использованием филогенетики и молекулярных часов на примере акариформных клещей (Acariformes)

РуководительКлимов Павел Борисович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет", Тюменская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2019 - 2021

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-105 - Эволюционная биология

Ключевые слованаземно-морские переходы, солоноводно-пресноводные переходы, молекулярные часы, морская биогеография, Пангея, древний викариат, филогенетика, акариформные клещи, морские клещи, галакариды

Код ГРНТИ34.15.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Эволюционные переходы организмов между наземной, морской и пресноводной средами обитания имеют фундаментальное значение для понимания истории развития и современного состава биоты. В составе современной биоты немало групп первичноморских животных, которым удалось колонизировать сушу. Самый давний такой переход датируется ранним палеозоем (более 400 млн л.н., многоножки), а самый недавний — поздним плиоценом (3,5-2,5 млн л.н., крабы семейства Grapsidae на Ямайке) (Schubart et al. 1998; Vermeij and Dudley 2000). Обратные переходы, в море с суши, также происходили, но были гораздо более редкими и филогенетически ограниченными. Только четвероногие позвоночные, с их палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими радиациями, неоднократно совершали такие переходы (Houssaye 2013, Proches 2001). Движущие силы таких крупных экологических переходов до сих пор не вполне ясны. Можно предполагать, что в эпохи относительной стабильности новые вселенцы в нехарактерные для их предков среды обитания вытесняются местной биотой, и инвазии оказываются, таким образом, пресечены (Vermeij and Dudley 2000). Однако редкие события, такие как крупные изменения климата, открытие новых морских бассейнов, массовые вымирания, флористические и фаунистические смены могли быть связаны с настолько существенным перераспределением экологического пространства, что переходы между средами обитания становились вероятными (Proches 2001). Датированные филогении современных вторично-морских организмов предоставляют уникальную возможность сопоставить сроки подобных крупных событий в их эволюции со сроками крупных событий в истории нашей планеты. Акариформные клещи (Acariformes) — прекрасная модельная группа для изучения переходов животных между средами обитания. Среди этих клещей — самая древняя дожившая до наших дней радиация вторично-морских организмов, семейство Halacaridae (Trombidiformes). Семейство обособилось около 320 млн. лет назад, в палеозое (Pepato et al. 2018), и объединяет по меньшей мере 1150 видов (Bartsch 2009, 2015, 2016), включая несколько несвязанных линий, которые совершили независимые переходы между морской, пресноводной и солоноватоводной средами обитания (Bartsch 1996; Pepato et al. 2018). Несколько линий галакарид совершили независимые переходы из моря к пресноводным местообитаниям — например, Limnohalacarinae, 219 млн. л.н. и Porohalacarinae, 175 млн л.н. (Pepato et al. 2018). Вторая группа морских акариформных клещей — семейство Pontarachnidae, часть пресноводного гипотряда Hydrachnidia (также Trombidiformes). Понтаракниды встречаются в эстуариях, мангровых зарослях и на сублиторалях, пройдя, вероятно, путь от пресноводных местообитаний к морским через солоноватые воды (Dabert et al. 2016). Две морские группы, распространение которых ограничено литоралью, есть в подотряде Sarcoptiformes. Надсемейство не-астигматических орибатид Ameronothroidea содержит четыре семейства и по меньшей мере 77 морских видов (Pfingstl 2017). Амеронотроиды, вероятно, перешли в море непосредственно через сухие, каменистые местообитания верхних литоралей, но время этого перехода, или переходов, неясно (Proches and Marshall 2001; Pfingstl 2017). Астигматическое семейство Hyadesiidae содержит не менее 48 видов. Это — настоящие морские клещи, обитающие в верхней литорали, и имеющие глобальное распространением и вероятно древнее вторичноморское происхождение (Proches and Marshall 2001). Есть некоторые пресноводные линии астигмат, такие как Algophagidae и некоторые Histiostomatidae, которые колонизировали пресные и солоноватые водоёмы. Клещи этих, а также некоторых других семейств приурочены и к другим водным местообитаниям, таким, как заполненные водой дупла и сокоистечения деревьев. Glaesacarus rhombeus, ископаемый эоценовый клещ из вымершей линии астигмат, вероятно обитал в дуплах янтарного дерева 40 млн. л.н. (Sidorchuk and Klimov 2011). Мы планируем выяснить время переходов разных групп акариформных клещей между средами обитания с помощью филогенетики, палеонтологической информации и молекулярных часов. В проекте будут задействованы шесть молекулярных маркеров (всего 11000 нуклеотидов) для построения надежной калиброванной по времени филогении на основе 300 терминальных таксонов и более 30 тщательно отобранных калибровочных ископаемых. Особенно подробно будут опробованы линии водных клещей и линии, содержащие хорошо изученные ископаемые. Ключевые ископаемые находки акариформных клещей будут переизучены с использованием современной техники. Полученная филогения будет использована для выявления случаев перехода между морской, наземной, пресно- и солоноватоводной средами путём реконструкции предкового состояния признаков в рамках метода максимального сходства. Наша работа будет первым исследованием эволюционных переходов между средами обитания с применением обширной филогении такой крупной и разнообразной группы. Мы проверим гипотезы о временно́й связи между переходами из моря на сушу, с суши в море, а также между морскими и пресными водами, с глобальными климатическими, геологическими и биосферными событиями. Сопоставление сроков радиаций различных групп с конфигурацией суши в соответствующее время также поможет отличить древних викариантов от родов и семейств, расселившихся в относительно недавнем прошлом. Сведения о том, как исторические изменения климата Земли, биосферные кризисы и движение континентальных плит соотносились по времени с переходами акариформных клещей между средами обитания, позволят лучше понять, как антропогенные изменения могут повлиять на жизнь на Земле.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет получена самая масштабная на настоящий момент калиброванная по времени молекулярная филогения акариформных клещей и получены датировки переходов различных линий данной модельной группы между морской, сухопутной и пресноводной средами обитания. Мы впервые применим этот современный подход для тестирования гипотез о временных корреляциях между крупными событиями в геологической истории Земли и эволюционными событиями крупной и разнообразной группы животных. Практическая значимость проекта включает три аспекта: 1) будут получены последовательности ДНК, включая область баркода CO1, которые будут депонированы в ГенБанке, предоставляя инфраструктуру для молекулярного определения морского и пресноводного биологического разнообразия с использованием, в числе прочего, метагеномных подходов. Точная оценка биоразнообразия в водных экосистемах важна для мониторинга загрязнений, оценки влияния изменения климата и проведения коммерческих исследований биоразнообразия для оценки воздействия строительных проектов и других видов экономической деятельности; 2) будут переизучены ключевые ископаемые находки акариформных клещей — основа для калибровок филогенетических схем и эволюционных построений не только клещей, но и хелицеровых животных, и артропод в целом; 3) результаты проекта могут быть полезны для народного образования в области естественных наук. Для высшего образования важно, что проект находится на стыке нескольких дисциплин: молекулярной филогенетики, палеонтологии, исторической геологии и биогеографии. Популяризационный аспект состоит в том, что распределение некоторых пресноводных линий галакарид схоже с распространением вымерших динозавров, которые также возникли на суперконтиненте Пангея и обитали на независимых континентах после его распада. Только галакариды, в отличие от гигантских динозавров, не вымерли. Теоретическая значимость проекта состоит в том, что если мы приблизимся к пониманию того, как крупные события в геологической истории нашей планеты могли влиять на важные макроэкологические переходы, мы сможем лучше понять, как антропогенные изменения могут повлиять на жизнь на Земле.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ