Учёные разработали инструменты для открытия новых видов

На протяжении сотен лет натуралисты и учёные идентифицировали новые виды на основе видимых различий между организмами. Однако новые генетические методы показывают, что разные виды могут иметь мало или вообще не иметь видимых различий.

В недавно опубликованном исследовании эволюционные биологи из Университета Массачусетса в Амхерсте и Американского музея естественной истории (AMNH) объединили традиционные морфологические тесты с генетическими методами для описания новых видов. Группы морфологически сходных организмов, демонстрирующих сильно различающуюся генетику, обычно называют "криптическими видами".

Ведущий автор статьи в журнале ZooKeys, описывающей их работу с щитовками, — Изабель Веа из AMNH. Соавторы — Бен Нормарк из UMass Amherst и Роджер Гвяздовски, бывший аспирант Нормарка, а ныне постдокторант Института биоразнообразия Онтарио в Гвелфе.

Как объясняет Гвяздовски, "базовый вопрос о жизни — сколько видов существует на Земле, и основная сложность в ответе на него — определение того, что такое вид. Это большая проблема как практически, так и философски. Не существует стандартов для определения видов или описания новых. Мы разработали практический метод, сочетающий традиционный морфологический подход с анализом генетических паттернов, которые должны формироваться по мере образования видов".

Хотя эволюционные биологи не ожидают, что их новый комбинированный подход будет применим ко всем видам, они считают, что он предлагает путь для будущих исследователей, стремящихся согласовать традиционные методы идентификации с мощными новыми генетическими техниками.

Будучи аспирантом, Гвяздовски собирал образцы щитовок по всей Северной Америке от Мексики до Канады. "Мы поставили перед собой широкий вопрос: что такое вид в этой группе", — говорит он.

Усилия по открытию видов обычно ограничиваются недостаточным объёмом выборки, но благодаря его континентальному сбору исследование получило необычно большую выборку. "Вы хотите увидеть весь диапазон изменчивости в группе, включая географический ареал". В полевых условиях он собирал и сохранял образцы в парах жидкого азота, и эти образцы хранятся в криоколлекции Эмброуза Монелла в AMNH. "Эта новая техника теперь лучшая на Земле для сохранения тканей для будущей работы, и Монелл — это публичный ресурс, доступный любому учёному", — отмечает он.

Нормарк отмечает, что эти насекомые имеют экономическое значение для производителей цитрусовых и авокадо, но в остальном очень малозаметны. "Щитовки повсюду. Вы не можете ввозить фрукты в страну, потому что на них часто есть щитовки, но вы вряд ли это заметите. Даже под микроскопом не так много характеристик, чтобы отличить разные виды".

Из-за очень простой формы тела, отсутствия ног и глаз они были особенно полезны для этого исследования скрытого разнообразия у видов, питающихся на сосне, которые могут иметь "огромное генетическое разнообразие без видимых различий", добавляет Нормарк.

Команда проанализировала более 400 образцов, используя как новые, так и старые методы идентификации видов. В UMass Гвяздовски и Нормарк изучали генетическую изменчивость с помощью генов по всему геному, а в AMNH Веа искала морфологические различия у образцов, смонтированных на предметных стёклах.

Она вспоминает: "Я просматривала эти сотни образцов несколько раз, ища заметные вариации, которые могли бы указывать на новый вид. Поскольку у этой группы очень мало признаков для изучения, я сосредоточилась на особенностях задней части, называемой пигидием. В конечном итоге я нашла некоторые признаки, более или менее очевидные, которые были постоянными и достаточно разными, чтобы служить диагностическими чертами наших новых видов. Но для этого потребовались часы, проведённые за сложным микроскопом".

Результатом стала "смесь обычных и криптических видов", говорит Гвяздовски. "Генетические результаты указали как минимум на 10 видов, тогда как изначально мы знали только о двух". Детальный анализ Веа позволил описать четыре новых вида, ранее упущенных из виду, но имеющих тонкие морфологические различия. Остальные виды — это криптические виды, ещё не описанные. Он добавляет: "Используя только традиционные методы, вы бы подумали, что эти криптические виды одинаковы, и ошиблись бы".

В целом, заключает Гвяздовски, "удивительно, но криптические виды обнаруживаются среди действительно крупных, предположительно хорошо известных животных, таких как слоны и косатки. Наша работа над крошечными щитовками лишь добавляет доказательств к растущему объёму данных о том, что в мире, вероятно, гораздо больше видов, чем признавали традиционные методы".