Неожиданные родственные связи в эволюции водяных блох раскрыты при анализе полных геномов

В новом исследовании, опубликованном в журнале Systematic Biology, ученые из Гентского университета (Бельгия) и Базельского университета (Швейцария) изучили эволюцию водяных блох с использованием современных методов. Эти мелкие ракообразные класса Branchiopoda — ключевые виды зоопланктона в водных экосистемах по всему миру. Наиболее известна дафния (Daphnia), травоядные виды которой широко используются как модельные организмы в биологии, но существуют и хищные линии, например, лептодора (Leptodora).

Родственные связи между основными линиями водяных блох, каждая из которых специализирована в своей экологической нише, обсуждались веками. Кроме того, для большинства групп отсутствуют окаменелости, и время ключевых эволюционных расхождений оставалось неясным.

Впервые Ван Дамме и его коллеги использовали сотни генов для исследования эволюции водяных блох. Более 800 генов были использованы для построения первого «древа жизни» всех современных отрядов ветвистоусых ракообразных на основе полных геномов. Несколько из этих геномов были реконструированы впервые. Ученые применили молекулярные часы к древу, откалиброванные по доступным палеонтологическим данным, чтобы оценить время существования последних общих предков этих линий.

Для получения данных команде пришлось преодолеть ряд трудностей, например, извлечь достаточно ДНК из этих крошечных животных. Для этого исследователи создали культуры, начиная с одной особи каждого вида.

Родственные связи между линиями оказались не такими, как ожидали ученые. Исследование показало, что основные типы питания (например, травоядный и хищный) и сопутствующие морфологические признаки эволюционировали независимо более одного раза у этих мелких ракообразных. Например, хищные линии, которые до сих пор считались родственными из-за схожих адаптаций (крупные глаза, колючие конечности), оказались не таковыми. Авторы предполагают, что конвергентная эволюция, приводящая к независимому появлению сходных функциональных признаков, может быть более распространенным механизмом в природе, чем принято считать.

Кроме того, происхождение некоторых линий было оценено в сотни миллионов лет. Происхождение кладоцер оценивается примерно в 325 миллионов лет (каменноугольный период). Ученые предполагают, что водяные блохи быстро диверсифицировались после окончания пермского периода, около 250 миллионов лет назад. По мнению исследователей, это древнее быстрое видообразование может быть одной из причин, почему родственные связи кладоцер так сложно распутать.

Исследование помогает лучше понять эволюцию ключевой группы пресноводных экосистем и подчеркивает, насколько сложно изучать родственные связи на таких огромных временных промежутках. Связи, выведенные на основе морфологии у древних линий, не всегда подтверждаются независимыми (генетическими) данными. Эти методики могут быть применены для реконструкции родственных связей в других группах организмов.