Российские зоологи успешно завершили масштабное многолетнее исследование пресноводных моллюсков подсемейства сфериин (Sphaeriinae). Итогом работы стала ревизия этой группы с выделением двух родов и открытием четырёх новых видов моллюсков. Молекулярно-генетические методы и морфологический анализ образцов пресноводной фауны позволили установить четкие филогенетические связи в этой группе животных и переописать семь видов сфериин, статус которых был неясен.

Костяк международной научной группы составили зоологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН. В проекте также участвовали сотрудники Санкт-Петербургского и Сургутского госуниверситетов, Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН и Зоологического института РАН, Университета имени Сиди Мохамеда бен Абдаллы и Университета имени Мохаммеда Первого (Марокко).

Сфериины — широко распространенные в пресных водоемах разных континентов мелкие двустворчатые моллюски. В России насчитывается 25 видов, в Северной Америке — 26. Всего, по подсчётам учёных, на Земле обитают 233 вида сфериин.

Горошинки и шаровки, как ещё называют представителей этого подсемейства, играют важную роль в экосистемах: выполняют биофильтрацию воды и служат источником пищи для рыб и птиц. По мнению учёных-малакологов, наличие и состояние сфериин в реках и озёрах является важным пунктом при гидробиологической оценке водоёмов. Моллюски этой группы часто доминируют в экосистемах.

Примечательным свойством сфериин является их высокая адаптивная способность, позволяющая жить и размножаться в широком диапазоне природных условий. Это одна из немногочисленных групп двустворчатых моллюсков, которые смогли адаптироваться к условиям обитания в Арктике, в том числе на островных территориях (Новая Земля, Вайгач, Колгуев) и образовать жизнеспособные популяции, даже несмотря на сезонное вмерзание в лед. Очень высокой плотности (до 1500 экз. на 1 кв. м.) сфериины достигли в некоторых озерах Соловков. Вероятнее всего, распространению этих моллюсков в высоких широтах способствовали водоплавающие птицы.

«У сфериин очень специализированная система размножения. У некоторых видов выявлена матротрофия — питание эмбриона за счет материнских тканей. По сути, они являются живородящими гермафродитами. Поскольку лето в условиях Арктики длится чуть более двух месяцев, они позже начинают и раньше завершают процесс размножения. Некоторые виды способны выживать в пещерах и пересыхающих водоемах», — комментирует руководитель исследовательского проекта, директор Института биогеографии и генетических ресурсов Лавёровского центра Юлия Беспалая.

Генетически сфериины относятся к немногочисленным полиплоидным организмам (полиплодия — кратное увеличение хромосом в клетке; большинство многоклеточных животных диплоидны). Возможно, этот «генетический дар» помогает им приспосабливаться к новым условиям.

До настоящего времени систематика и таксономия этой группы моллюсков была спорной. Одни учёные предлагали дробить подсемейство на множество таксонов, другие, наоборот, настаивали на их объединении. Отчасти проблема была обусловлена тем, что авторы обобщающих работ опирались либо на морфологические данные, либо на молекулярные. В результате по одной из классификаций подсемейство включало пять родов, по другой — десять.

Специалисты также расходились во мнениях по поводу эволюционной истории сфериин. Все это затрудняло оценку биологического разнообразия в данной группе моллюсков.

Новое исследование, результаты которого были опубликованы в «Зоологическом журнале Линнеевского общества», позволило разрешить давние противоречия. Научный коллектив объединил подходы предшественников. Учёные использовали весь имеющийся массив данных — материалы генетических банков и коллекций исследовательских учреждений разных стран мира. Состоялись многочисленные экспедиции в Арктике, Сибири, на Дальнем Востоке и на Кавказе.

В результате была проведена масштабная ревизия, в ходе которой описаны четыре новых вида. Они были найдены в бассейне реки Колыма, в водоемах Кавказа, Киргизии и Марокко. Также выделено два рода сфериин. Род Conventus, который был описан еще в 1974 году советскими учёными В.В. Пироговым и Я.И. Старобогатовым, был восстановлен в статусе. Новый род Hindupisidium был выделен и описан впервые. Всего в семействе на данный момент насчитывается семь родов. Кроме того, у семи видов была подтверждена валидность — они были корректно «привязаны» к уже известным таксонам.

Также была выполнена филогенетическая реконструкция. Оказалось, что сфериины — гораздо более древняя группа, чем считалось ранее. Она сформировалась около 126 млн лет назад на территории современного Китая и стала расселяться, успешно занимая экологические ниши. На основе молекулярных данных ученые смоделировали процесс расселения. Любопытным открытием стало обнаружение в районе Колымы вида сфериум кашмиренсис (Sphaerium kashmirensis), который распространён в Индии, Китае (Тибет), Японии и Непале.

Как отметил ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии Лавёровского центра Александр Кондаков, для полноценного генетического исследования проводился анализ не только митохондриальной ДНК, но и 28S рибосомальной РНК. Такой подход позволяет избегать ошибок, характерных при анализе отдельных генов и, как следствие, демонстрирует более полноценную «генетическую картину».

Исследовательская группа подтвердила гипотезу, что сфериины двигались по эволюционной лестнице в сторону усложнения систем организма. Вместе с тем учёные признают, что в изучении этой группы моллюсков еще достаточно белых пятен. Особенно это касается таких континентов как Африка, Южная Америка и Австралия. Как подчеркнула ведущий научный сотрудник Лавёровского центра Екатерина Коноплёва, изучение моллюсков в данных биогеографических зонах, вероятно, закроет большинство вопросов в систематике семейства сфериид (Sphaeriidae).

Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России и Российского научного фонда на базе уникальной научной установки «Российский музей центров биологического разнообразия».

Источник: ФИЦКИА УрО РАН.