Генетическое разнообразие прибрежных диатомей помогает им выживать при резких изменениях среды
Исследование на основе заброшенного медного рудника на побережье Балтийского моря к югу от Вэстервика показало, как диатомовые водоросли выживают при изменении условий окружающей среды. Работа Университета Гётеборга демонстрирует, что виды диатомей пережили сбросы меди в море благодаря своему большому генетическому разнообразию.
Сохранение штаммов с широким генетическим разнообразием позволяет виду справляться с быстрыми изменениями среды. Диатомовая водоросль Skeletonema marinoi выжила в водах залива рядом с рудником Солстад в Швеции за 400 лет периодической добычи там. Загрязнение воды медью привело к развитию у этого вида повышенной толерантности к меди.
«В лабораторных экспериментах я показал, что изменение толерантности к меди происходит всего за несколько недель. Их способность адаптироваться возможна благодаря большому генетическому разнообразию этого вида», — говорит эволюционный биолог Бьёрн Андерссон.
Гены активируются по мере необходимости
Содержание меди в водах залива у устья рудника Солстад сильно варьировалось из-за периодического прекращения и возобновления добычи в последние века. Годы работы рудника задокументированы, и их можно сравнить с диатомеями, хорошо сохранившимися в гипоксичных донных отложениях залива.
Анализ показывает, что гены диатомей, отвечающие за толерантность к меди, активируются в той степени, какая необходима для выживания. Разнообразие признаков в ДНК обеспечивается не у каждой отдельной особи, а у популяции в целом.
«Разные особи диатомей имеют разную толерантность к меди, а значит, некоторые будут в более выгодном положении в разное время», — поясняет Андерссон.
Диатомеи в донных отложениях сохраняют признаки, не нужные в данный момент, для будущего использования. Их твёрдый панцирь защищает от быстрой деградации, позволяя организмам сохраняться годами. В каждом ежегодном цветении отбираются наиболее конкурентоспособные особи, внося больший вклад в осадок, в то время как старые диатомеи остаются гарантией на будущее.
«Диатомеи в осадке функционируют примерно так же, как банк семян. В среде с большими вариациями качества воды генетическое разнообразие в популяции больше по сравнению с местом, не подверженным такому сильному воздействию», — говорит Андерссон.
Важные первичные продуценты
В условиях быстрого изменения климата обнадёживает, что один из важнейших морских первичных продуцентов демонстрирует такую большую способность к адаптации. Глобально диатомеи обеспечивают 20% первичной продукции, улавливая солнечную энергию, передавая её экосистемам, производя кислород и удаляя CO2 из атмосферы.
«Большое генетическое разнообразие этих видов может помочь им быстро адаптироваться к будущим изменениям окружающей среды и климата. Это может означать, что они пострадают не так сильно, как, например, рыбы и млекопитающие», — отмечает Андерссон.
Секвенирование ДНК у диатомей
Большинство типов штрихкодовых локусов, используемых сегодня в ДНК, разработаны для различения ДНК разных видов. В исследовании диатомей были разработаны новые штрихкодовые локусы, которые могут различать особей внутри одного вида — Skeletonema marinoi.
Была секвенирована вся цепочка ДНК длиной 55 миллионов пар оснований. Были найдены четыре локуса длиной 500 оснований, которые были гипервариабельны между 58 особями диатомей внутри одного вида. Эти локусы дали достаточно высокое индивидуальное разрешение, чтобы можно было проследить эволюционный процесс отбора у этого вида диатомей.