Открытие нового пути в изучении морской эволюции и биоразнообразия
Новые исследования Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) указывают, что ранее не наблюдавшееся среди морской жизни эволюционное явление может помочь объяснить, почему в коралловых рифах и океане в целом существует такое огромное биоразнообразие.
Два исследования — одно о рифовых морских улитках, другое о похожих моллюсках, называемых голожаберниками (nudibranchs), — впервые показывают, что новые виды обеих групп могут возникать в результате смены хозяина (host-switching). Это процесс, при котором популяции этих животных, зависящие от одного вида коралла для питания и среды обитания, переключаются на новый вид коралла, что приводит к значительной генетической и физической дифференциации. Ранее это явление наблюдалось только у вирусов, насекомых и нескольких других организмов.
«Это первый раз, когда кто-либо это увидел, но никто никогда не искал», — сказал профессор экологии и эволюционной биологии UCLA Пол Барбер, в лаборатории которого были проведены оба исследования. — «Это вполне может быть верхушкой айсберга».
Результаты предполагают возможность того, что формирование новых и отличных морских видов через смену хозяина может происходить и среди других морских организмов, открывая новые направления для исследований причин морского биоразнообразия.
На суше новые виды, как правило, считаются возникающими, когда естественные барьеры, такие как горы, каньоны или реки, разделяют особей или группы. Однако в океане существуют другие барьеры, включая структуры рифов и течения, которые способствуют смене хозяина у улиток и голожаберников.
Личинки улиток и голожаберников, питающихся одним видом коралла, иногда уносятся океанскими течениями; если они не погибают, они могут оказаться на совершенно другом виде коралла, где «запечатлеваются» и проводят всю жизнь. В конечном итоге, по словам ученых, поколения улиток или голожаберников эволюционируют, чтобы предпочитать именно этот коралл, и формируют новый вид.
«Вполне вероятно, что кораллы помогают голожаберникам формировать новые виды, в некотором смысле», — сказала ведущий автор исследования голожаберников Эллисон Фриттс-Пенниман, которое сообщило о трехкратном увеличении известных видов в этой группе. — «Чем на большем количестве кораллов они могут жить, тем больше различных видов голожаберников может эволюционировать».
Эти две новые работы могут ознаменовать начало открытий в области видообразования (speciation) в морской среде — как для голожаберников и улиток (распространенных, но малоизученных), так и в более широком смысле, сказала Сара Симмондс, ведущий автор исследования улиток, которое использовало геномику, чтобы «поймать» видообразование в действии.
«Обнаружение того, что дивергенция и видообразование могут происходить в океанах даже при наличии потока генов (gene flow), — важное открытие не только для морской среды, но и для понимания эволюции и видообразования в целом», — сказала Симмондс.
Оба исследования были сосредоточены на относительно небольшом районе западной части Тихого океана, известном как Коралловый треугольник, который имеет один из самых высоких уровней биоразнообразия в мире, включая 600 различных видов кораллов.
«Если существует так много кораллов, и у многих из них есть такие сильные ассоциации [с другими видами], это вполне может быть невероятно важным процессом в генерации всего этого разнообразия», — сказал Барбер.
Сохранение Кораллового треугольника
Коралловый треугольник занимает примерно 6,3 миллиона квадратных миль (около 1,6% площади мирового океана) и граничит с несколькими странами, включая Индонезию, Филиппины и Папуа — Новую Гвинею. Сотни видов кораллов и тысячи видов рыб и других морских организмов делают его, по словам Барбера, одним из самых биоразнообразных, наименее изученных и наиболее угрожаемых мест в мире.
Хотя прибрежная застройка, неустойчивый туризм и разрушение среды обитания из-за «взрывного рыболовства» (bomb fishing) представляют значительную опасность для региона, наибольшую угрозу представляет изменение климата, которое повреждает рифы, лежащие в основе биоразнообразной экосистемы Треугольника. Потепление океана, закисление и повышение уровня моря вызывают массовое обесцвечивание кораллов (coral bleaching), при котором кораллы изгоняют живые водоросли из своих тканей и становятся полностью белыми; это может привести к гибели кораллов, если стрессовые условия продолжаются слишком долго. Всемирный фонд дикой природы (WWF) прогнозирует, что при нынешних темпах изменения климата Коралловый треугольник исчезнет к 2100 году.
Серьезный ущерб биоразнообразию региона, вызванный изменением климата, также ставит под угрозу экономики окружающих стран, отмечает Барбер. Коллапс морской экосистемы привел бы к разрушению обширной рыбной промышленности региона и последующей продовольственной небезопасности для сотен миллионов людей.
Продолжение исследований для углубления нашего понимания того, что генерирует биоразнообразие в Коралловом треугольнике и других рифах, является одним из ключевых факторов их защиты в борьбе с изменением климата, сказал Барбер.
Даже общественность участвует в углублении этого понимания: любители-сноркелисты и дайверы по всему миру вносят свой вклад в усилия некоммерческой организации iNaturalist (совместной инициативы Калифорнийской академии наук и Национального географического общества) по поиску новых видов голожаберников, ассоциированных с кораллами, и помогают ученым в полевых работах, необходимых для дальнейших исследований.
«Коралловый треугольник — крупнейшая и наиболее биоразнообразная морская экосистема в мире, — сказал Барбер. — Нам еще так много предстоит узнать о нем».