Как морская трава зостера заселила мир
Морские травы, к которым относится зостера (Zostera marina), эволюционировали из пресноводных растений. Они осуществляют фотосинтез, используя солнечный свет и CO2, и могут расти на глубинах до 50 метров. В отличие от водорослей, у них есть корни и корневища, растущие в песчаных и илистых грунтах. Травянистые побеги с листьями образуют цветы и полностью завершают жизненный цикл под водой. Семена имеют отрицательную плавучесть, но побеги с семенами могут дрейфовать, что значительно увеличивает расстояние расселения в океанических масштабах.
Как вид-основатель, зостера создаёт критически важные мелководные местообитания для разнообразной биоты и обеспечивает множество экосистемных услуг, включая поглощение углерода. Морские травы недавно были признаны одним из важных природных факторов хранения углерода в океане. Отложения под лугами морских трав могут ежегодно захватывать в 30–50 раз больше углерода, чем корни наземных лесов. Однако продолжающаяся потеря лугов морских трав по всему миру вызывает серьёзную озабоченность.
Международная группа исследователей под руководством профессора Торстена Ройша из GEOMAR использовала полные ядерные и хлоропластные геномы 200 особей из 16 локаций, чтобы реконструировать и датировать историю расселения Zostera marina из её места происхождения в северо-западной части Тихого океана.
История расселения и генетическое разнообразие
Используя филогеномный подход, учёные установили, что зостера пересекла Тихий океан с запада на восток как минимум в двух событиях колонизации, вероятно, с помощью Северо-Тихоокеанского течения.
Применив две «молекулярные часы» (на основе ядерного и хлоропластного геномов), исследователи определили время расхождения популяций. Оба генома показали, что зостера проникла в Атлантику через Канадскую Арктику около 243 тысяч лет назад. Это намного позже, чем ожидалось (тысячи, а не миллионы лет), что означает отсутствие экосистем на основе зостеры в Атлантике до этого времени.
Популяции Средиземного моря образовались из атлантических около 44 тысяч лет назад и пережили последний ледниковый максимум. Современные популяции вдоль западного и восточного побережий Атлантики повторно расселились из рефугиумов после оледенения, около 19 тысяч лет назад, в основном с восточного побережья Америки с помощью Гольфстрима.
Исследование подтвердило огромную разницу в геномном разнообразии между Тихим и Атлантическим океанами. Наименее разнообразные популяции (в Атлантике и на севере) уступают наиболее разнообразным (в Тихом океане) в 35 раз. Это связано с эффектом бутылочного горлышка во время прошлых ледниковых периодов.
Выводы и перспективы
Лей Ю, первый автор статьи в Nature Plants, отмечает, что низкое генетическое разнообразие вызывает опасения по поводу способности атлантической зостеры адаптироваться к изменению климата.
Профессор Ройш указывает, что потепление уже вызывает потери лугов на южных границах ареала и на мелководьях севера, что угрожает этим уникальным экосистемам.
Профессор Жанин Олсен говорит, что одним из решений для восстановления может быть заимствование генетического разнообразия из тихоокеанских популяций для укрепления атлантических. Следующим шагом станет изучение пангенома зостеры, включая создание нового референсного генома тихоокеанской популяции.