Биология

Измерения активности генов использовали для моделирования последствий экологической катастрофы

Рачки-бокоплавы, эндемичные для озера Байкал (справа) и вид-космополит (слева)

Максим Тимофеев

Российские и немецкие ученые провели сравнительное исследование рачков-бокоплавов, живущих только в Байкале, и рачков, населяющих другие водоемы. Животных поместили в экспериментальные условия, моделирующие эффекты глобального потепления и загрязнения воды тяжелыми металлами. Оказалось, что реакции рачков отличаются в зависимости от места обитания. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в журнале BMC Genomics.

В озере Байкал описано порядка 2500 видов животных, из которых более половины эндемичны, то есть встречаются только в нем. Небайкальские организмы-космополиты (обитающие повсеместно) практически не вселяются в него. Они могут проникать в заливы озера, окрестные водоемы, но не в открытый Байкал. Этот феномен называют барьером несмешиваемости байкальской и сибирской фаун. Особенно ярко он выражен у рачков-бокоплавов, обитателей дна водоемов. Около 350 эндемичных видов и подвидов этих ракообразных населяют Байкал и исток реки Ангары, в то время как в других водоемах региона обитает один вид-космополит (G. lacustris), широко встречающийся также на евразийском и американском континентах.

Изучаемые виды рачков-бокоплавов.

Anton Gurkov et al. / BMC Evolutionary Biology, 2019.

Ученые из Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета предположили, что работа генов, активирующихся при стрессе, может быть связана с условиями мест обитания рачков. И тогда это могло бы объяснить барьер несмешиваемости фауны в Байкале. Специалистов заинтересовало, существуют ли различия в активности генов у эндемичных бокоплавов из озера и у их родственников, проживающих в других водоемах. А также смогут ли рачки-космополиты заселить Байкал при изменении условий окружающей среды.

Исследователи выбрали два вида байкальских бокоплавов (E. verrucosus и E. cyaneus), которые отличаются по своим экологическим предпочтениям, и один вид, характерный для других водоемов (G. lacustris). Рачков поместили в байкальскую воду в условиях повышенной температуры (25 ºC) и в воду с добавлением солей тяжелого металла – кадмия. После этого ученые оценивали активность генов. Для этого они измеряли количество матричной РНК, которая служит посредником между молекулой ДНК и белком. Такой метод позволяет зафиксировать изменения, происходящие на самых ранних стадиях процесса считывания генетической информации.

Байкальский рачок-бокоплав Eulimnogammarus cyaneus

Сергей Дидоренко.

Результаты показали, что у небайкальского вида G. lacustris в байкальской воде активность генов, обеспечивающих синтез белка, значительно ниже, чем у двух других видов. Также у этого вида ученые наблюдали активацию генов, связанных с линькой, часто происходящей в ответ на стресс. Вероятно, проникновению G. lacustris в Байкал препятствуют более приспособленные эндемики. Все три вида показали схожие изменения активности генов в ответ на тепловой шок. Но реакция на загрязнение тяжелыми металлами небайкальского вида была менее выраженной. Это могло быть связано с тем, что активность генетического аппарата у этих бокоплавов уже изменена из-за адаптации к другой воде.

Байкальский рачок-бокоплав Eulimnogammarus verrucosus

В. Павличенко.

«Сейчас ситуация на Байкале еще не настолько критическая, как мы смоделировали в эксперименте. Однако тенденция неутешительна. В озере наблюдается постепенный рост температуры и образуются очаги загрязнения в прибрежных сообществах. И если сейчас эндемичные рачки еще способны успешно конкурировать с видами-вселенцами, то дальнейшие изменения температурного режима и качества среды могут лишить их этого преимущества», – говорит профессор Максим Тимофеев, директор НИИ биологии Иркутского государственного университета.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.