Микроэволюционные изменения адаптивных механизмов у эндемичных амфипод озера Байкал

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 23-14-00165

НазваниеМикроэволюционные изменения адаптивных механизмов у эндемичных амфипод озера Байкал

Руководитель Тимофеев Максим Анатольевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" , Иркутская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-103 - Гидробиология и ихтиология

Ключевые слова амфиподы, адаптация, Байкал, видообразование, микроэволюция, стресс, глубоководная фауна

Код ГРНТИ34.15.61

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Понимание механизмов, лежащих в основе процесса эволюции и видообразования, является одним из ключевых вызовов современной биологии. Их изучение особенно актуально для т.н. криптических видов, или видов-двойников, обладающих идентичным или почти идентичным набором морфологических признаков, но изолированных репродуктивно. Изучение разнообразия и свойств криптических видов может быть крайне важно для адекватного предсказания последствий глобальных климатических изменений, а также локальных антропогенных воздействий на экосистемы, поскольку виды-двойники зачастую обладают значительными различиями в своих адаптивных способностях. Однако трансформация механизмов адаптации, в том числе адаптации к стрессовым факторам среды на физиологическом и клеточном уровне, может являться не только «побочным эффектом» видообразования, вызванного, например, географической изоляцией. Она может выполнять функцию движущего фактора при переходе части изначально единого вида в новую нишу в процессе симпатрического (экологического) видообразования. Такая ситуация является наиболее сложной для выявления и оценки, но в то же время наиболее ценной для понимания движущих механизмов микроэволюции. Озеро Байкал предоставляет ряд уникальных модельных групп организмов для изучения разнообразия механизмов видообразования, а также влияющих на них факторов. Рекордным разнообразием среди обитателей Байкала обладают эндемичные амфиподы, включающие (по морфологическим оценкам) более 350 видов и подвидов. Однако недавние исследования, в том числе выполненные нашей группой, свидетельствуют о том, что реальное разнообразие амфипод Байкала может быть существенно выше из-за наличия криптических видов, а эволюционный процесс в озере имеет высокоинтенсивный характер. При этом причины повышенного накопления мутаций в геномах байкальских амфипод всё ещё достоверно не установлены. На примере фауны амфипод озера Байкал нами выбрано несколько малоизученных модельных случаев происходящего видообразования. Их анализ позволит расширить понимание роли различий в функционировании физиологических и клеточных защитных систем в эволюционном процессе. Отдельная значимость исследования симпатрического видообразования в оз. Байкал заключается и в предсказании потенциала эволюционных процессов, которые будут происходить под воздействием текущих глобальных и локальных экологических изменений, таких как изменение температурно-газового режима байкальских вод или антропогенно-индуцированная эвтрофикация. Основной задачей проекта является детальное изучение нескольких наиболее ярких случаев микроэволюционных изменений адаптивных механизмов представителей эндемичной фауны амфипод, а также поиск взаимосвязи ускоренного эволюционного процесса с физико-химическими особенностями среды обитания в озере Байкал. Данный проект включает четыре ключевых блока работ: (1) Сравнение роли гидростатического давления и освещённости в формировании популяций глубоководных амфипод Ommatogammarus flavus и O. albinus на разных глубинах озера Байкал. (2) Изучение приспособления байкальских амфипод рода Eulimnogammarus к обитанию в реофильных условиях при их распространении за пределы озера. (3) Оценка изменений адаптивных систем у подвида эндемичных амфипод Eulimnogammarus verrucosus oligacanthus, связанных с его переходом к обитанию в условиях эвтрофированных заливов Байкала. (4) Оценка влияния факторов высокого содержания кислорода и интенсивного ультрафиолетового излучения как возможных индукторов мутагенеза у амфипод на ранних стадиях онтогенеза. Для выполнения каждого из этих направлений будут применены разноплановые комплексы методов, включающие классические методы гидробиологических исследований (экспедиционно-полевые сборы, лабораторные эксперименты и пр.) и современные методы молекулярно-биологического анализа (биохимические методики, методы отслеживания физиологических параметров с помощью имплантируемых микросенсоров, секвенирование транскриптомов и др.).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Назарова А.А., Мутин А.Д., Скафарь Д.Н., Болбат Н.Б., Седова С.C., Чупалова П.П., Помазкин В.К., Дроздова П.Б., Гурков А.Н., Тимофеев М.А. Leeches Baicalobdella torquata feed on hemolymph but have a low effect on the cellular immune response of amphipod Eulimnogammarus verrucosus from Lake Baikal PeerJ, 12:e17348 (год публикации - 2024)
10.7717/peerj.17348

2. Кондратьева Е.С., Гурков А.Н., Ржечицкий Я.А., Саранчина А.Е., Дягилева А.А., Дроздова П.Б., Верещагина К.П., Шатилина Ж.М., Соколова И.М., Тимофеев М.А. UV Sensitivities of Two Littoral and Two Deep-Freshwater Amphipods (Amphipoda, Crustacea) Reflect Their Preferred Depths in the Ancient Lake Baikal Biology, 13(12), 1004 (год публикации - 2024)
10.3390/biology13121004

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчётный период были продолжены работы по всем четырём основным направлениям в рамках данного проекта. (1) Завершены пробоотборы Ommatogammarus flavus и O. albinus с различных глубин в 6 точках озера Байкал. Продолжено секвенирование филогенетического маркера фрагмента гена COI у особей, отловленных в Южной и Центральной котловинах Байкала. Анализ полученных к данному моменту сетей гаплотипов показал, что оба вида обладают низким гаплотипическим разнообразием, что позволяет предварительно предположить, что данные виды могут образовывать панмиксные популяции по всему Байкалу. (2) В серии экспериментов подтверждено, что речные представители как Eulimnogammarus verrucosus, так и E. vittatus демонстрируют повышенную двигательную активность в стоячей воде по сравнению с представителями тех же генетических групп из литорали озера Байкал. Напротив, при имитации течения ангарские E. verrucosus оказались склонны в меньшей степени проявлять физическую активность, что может способствовать их распространению в реках. Кроме того, обнаружены признаки более эффективного расходования энергетических запасов у ангарской популяции E. vittatus. (3) Сравнение выживаемости E. oligacanthus и E. verrucosus при повышении температуры показало схожую термотолерантность обоих видов. Напротив, измерение уровней каротиноидов показало существенно более низкое содержание этих пигментов, поступающих с пищей, у E. oligacanthus. Это указывает на различия в спектре питания как ведущую особенность E. oligacanthus, позволяющую данному виду доминировать в закрытых заливах Байкала. (4) Отработка модифицированного варианта метода комет с использованием бактериальной гликозилазы FPG позволила начать эксперименты по сравнению воздействия экологически реалистичных для Байкала уровней ультрафиолета и кислорода на частоту повреждений ДНК у амфипод на ранних стадиях развития. Полученные данные предварительно указывают на то, что воздействие ультрафиолета в литорали Байкала с большей вероятностью оказывает мутагенный эффект.

Публикации