Балтийские диатомеи сохраняли генетическую стабильность тысячелетиями — пока не вмешался человек
Согласно недавнему исследованию под руководством учёных из Констанца, после того как люди начали использовать Балтийское море, популяции диатомовых водорослей в нём стали испытывать ускоренные — и пока необратимые — изменения генетического состава и разнообразия.
Чтобы ответить на вопрос о устойчивости фитопланктона к климатическим событиям и влиянию человека, междисциплинарная команда проекта PHYTOARK изучила генетический состав и разнообразие вида диатомей Skeletonema marinoi в Балтийском море за последние 8000 лет.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Global Change Biology, показывают, что деятельность человека оказывает глубокое влияние на генетическую стабильность популяций диатомей.
«На протяжении многих тысяч лет генетические паттерны изученных нами популяций диатомей оставались удивительно стабильными. Только после того, как люди начали более интенсивно использовать Балтийское море в последнее тысячелетие, мы наблюдаем более быстрые изменения в генетическом составе диатомей», — объясняет Александра Шмидт, первый автор исследования.
Этот сдвиг не обязательно негативен, но его скорость и масштаб указывают на влияние человеческой деятельности. Неясно, вернутся ли популяции к исходному генетическому состоянию.
Детективная работа на морском дне
Для сбора генетического материала диатомей за последние тысячелетия команда взяла керны осадков со дна Балтийского моря (Восточно-Готландский бассейн и Финский залив). В этих отложениях сохранилась «древняя ДНК».
Изучая ДНК, извлечённую из отдельных слоёв керна, можно проследить генетические паттерны популяций диатомей во времени — чем глубже слой, тем старше генетический материал. Учёные извлекли остатки ДНК диатомей возрастом от современности до примерно 8000 лет назад.
Для оценки генетической устойчивости вида команда обогатила и секвенировала ДНК двух клеточных органелл диатомей — хлоропластов и митохондрий. Сравнивая эту информацию из разных слоёв, можно анализировать генетические изменения за весь период.
Стабильность несмотря на климатические колебания
Результаты показывают, что генетический состав популяций диатомей оставался в основном стабильным на протяжении долгих периодов. Хотя были временные изменения во время климатических фаз, таких как голоценовый климатический оптимум (около 6000–10 000 лет назад) или позднеантичный малый ледниковый период (около 1300–1400 лет назад), генетический состав постоянно возвращался к исходному состоянию.
Только в последние столетия произошли заметно более быстрые и пока необратимые изменения.
«Изменения напрямую не совпадают с фазами изменения температуры, а скорее с фазами усиления человеческой активности в Балтийском море — например, эпохой викингов, Ганзейским периодом или индустриализацией», — поясняет Шмидт.
Таким образом, популяции диатомей Балтийского моря демонстрировали высокую генетическую устойчивость на протяжении тысяч лет, несмотря на естественные колебания климата. Однако в историческое время изменения в генетическом составе популяций значительно ускорились, что указывает на влияние человека.
Потенциальными причинами могут быть усиление использования Балтийского моря и его побережья — в результате мореплавания, строительства на побережье или поступления питательных веществ из сельского хозяйства региона.