Решение колючей проблемы коралловых рифов

Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) раскрыли эволюционную историю тернового венца — хищной морской звезды, опустошающей коралловые рифы. Их результаты проливают свет на изменения популяций этих звезд во времени и могут помочь снизить их экологический ущерб.

Опасность тернового венца заключается в его мощной репродуктивной способности: одна самка выпускает миллионы икринок за нерест. Это быстро приводит к вспышкам численности, когда огромное количество звезд уничтожает обширные участки рифа.

В 2017 году Морская геномная единица OIST совместно с австралийскими учёными расшифровала геном тернового венца (Nature). В новом исследовании (G3: Genes|Genomes|Genetics) они изучили, может ли геномная информация объяснить причины вспышек.

Методы и сравнительный анализ

Учёные собрали образцы тернового венца с рифов трёх островов архипелага Рюкю (Окинава, Мияко, Ириомоте). Они секвенировали всю митохондриальную ДНК (>16 000 нуклеотидных оснований) и по различиям в последовательностях построили эволюционное дерево.

Такой же анализ провели для двух других видов:

• Голубая морская звезда — хищник кораллов, обитающий в той же среде, но не образующий неконтролируемых вспышек.
• Северотихоокеанская морская звезда — самый распространённый вид в Японии, обитающий в холодных водах.

Ключевые результаты

• Северотихоокеанская морская звезда: Вид разделился на две основные линии. Одна линия населяет три локации на северо-востоке Японии, а вторая, более молодая, найдена только во Внутреннем Японском море. Это результат редкой миграции с последующей изоляцией.
• Голубая морская звезда: Эволюционное дерево показало разделение на две линии, одна из которых далее разделилась на две подгруппы. Индивиды из обеих основных линий были найдены на Окинаве и Исигаки. Это свидетельствует о существовании двух криптических видов голубой звезды, которые внешне идентичны, но не скрещиваются. Результаты также указывают на двустороннюю миграцию между островами, что предполагает более сложные океанические течения в архипелаге Рюкю, чем считалось ранее.
• Терновый венец: Его эволюционное дерево кардинально отличалось. Несмотря на то что это гораздо более молодой вид (дивергенция <1 млн лет назад), он быстро разделился на пять небольших линий. Это указывает на частые генетические "бутылочные горлышки", когда популяция сокращалась до малого числа особей, давая начало новой линии. Каждая линия также была найдена более чем в одной географической точке, что подтверждает сложность океанических течений в регионе.

Выводы и значение

Результаты предполагают, что вспышки численности тернового венца — часть более крупного цикла "бумов и спадов": звезды поедают так много кораллов, что остаются без пищи и вымирают.

"Это подразумевает, что вспышки звезд — всего лишь часть более крупного цикла "подъёма и спада" популяции, где, если их оставить наедине с природой, звезды съедают так много кораллов, что остаются без еды и умирают", — сказал профессор Нориюки Сато.

Понимание роли океанических течений в распространении личинок и популяционной динамики вида может помочь прогнозировать и смягчать будущие вспышки.

Следующие шаги

Морская геномная единица OIST сотрудничает с австралийскими учёными для анализа тернового венца с Большого Барьерного рифа. Вместо митохондриальной ДНК они планируют секвенировать полный геном каждой звезды, включая ядерную ДНК.