Поиск - новости науки и техники

Червь познания. Традиционная наживка проясняет законы миграции живых существ.

Что может быть обыденнее дождевого червя? Каждый из нас видел его не раз, особенно часто – после дождя (за что он и получил свое название), а то и ловил на него рыбешку. Казалось бы, такое популярное существо должно быть изучено вдоль и поперек. Но нет: ученые интересовались им не слишком часто. Заведующий лабораторией молекулярных биотехнологий Института цитологии и генетики СО РАН, обладатель гранта Президента РФ Сергей ШЕХОВЦОВ­ среди тех, кто сегодня восполняет этот пробел. Он считает, что подробное знакомство с ползающими в земле существами может много дать науке. И готов внести в копилку знаний свой вклад – результаты исследований генетической изменчивости дождевых червей и причины их миграции в нехарактерные места обитания.
Наш корреспондент поинтересовался, зачем это нужно знать и имеет ли исследование не только научную ценность.    
– Попробуйте представить себе, что единственные птицы, которых вы видели, – голубь и воробей, а единственное насекомое – таракан, – неожиданно начинает свой рассказ Сергей Викторович. – Какое тогда у вас сложилось бы мнение о мире пернатых и насекомых? В случае с дождевыми червями то же самое: большинство людей могли видеть только представителей космополитных видов, то есть тех, что распространены в мире очень широко. В их расселении существенную роль играет человек: на сельскохозяйственных угодьях мы находим исключительно космополитов. Тем не менее, дождевые черви мало изу­чены по сравнению, например, с колорадским жуком. Между тем, последствия их вторжения хорошо заметны. Бывает, виды-вселенцы за пару лет уничтожают в лесу всю накопленную подстилку (опавшие и неперегнившие листья), перемешивают и “переваривают” верхний слой почвы, тем самым нарушая процессы круговорота веществ в ней. Они меняют трофическую сеть, часто вытесняют местные виды дождевых червей и в конце концов изменяют все сообщество. Можно также вспомнить, что дождевые черви имеют огромную биомассу: в некоторых экосистемах она в 10 раз превышает суммарную массу всех наземных животных. Очевидно, что сдвиги в составе их сообществ приводят к значительным изменениям во всем биоценозе.
Таким образом, дождевые черви – это важный объект, на котором можно изучать источники, направления и последствия расселений. Но выяснить это, основываясь только на внешних признаках, трудно. Лучше обратить внимание на последовательности ДНК. Изу­чая их у людей, удается реконструировать демографическую историю и процессы переселений. Подобные работы в отношении животных и растений находятся в ведении филогеографии, прослеживающей географическое распространение генетических линий. Это достаточно молодой раздел науки, он зародился где-то в конце 1970-х годов. Толчком к его возникновению послужило развитие методов секвенирования ДНК. Сейчас это позволяет быстро и достаточно легко получить нужные сведения о любых видах живых существ.
К тому же относительно недавно (в 2008 году) выяснилось, что для дождевых червей характерна очень высокая по сравнению с большинством других животных генетическая изменчивость. Отчасти ее можно объяснить тем, что представители этой группы устроены почти одинаково, ведь их форма должна обеспечивать главную цель – движение через почву. С этим и связано все их строение – цилиндрическое тело, сужающееся к голове и хвосту, состоит из отдельных колец – сегментов. Щетинки очень мелкие, их трудно увидеть невооруженным глазом. Они даже гораздо менее разнообразны, чем у их ближайших родственников – водных олигохет. Те различия, которые бросаются в глаза, касаются размера тела и окраски. С этим и связано небольшое количество видов – около 50 на территории России, причем широко распространены лишь полтора десятка. Но генетическое разнообразие дождевых червей оказалось крайне большим.
– Как же они смогли так широко расселиться?
– Понятно, что скорость их расселения путем переползания невелика – до 10-15 метров в год. Причем даже небольшие участки почвы, непригодной для их жизни, становятся непреодолимыми препятствиями. Так что “путешествие” на дальние расстояния потребовало бы сотни тысяч лет. Гораздо быстрее преодолевать большие отрезки пути им помогают реки, перенося поваленные деревья с землей на корнях, ураганы, способные перемещать по воздуху комки почвы, и животные, к копытам которых такие комки прилипают. Кроме того, распространению дождевых червей способствуют и переселяющиеся в другие регионы люди, которые берут с собой и высаживают на новом месте полюбившиеся им растения. Кстати, можно сказать, что дождевые черви по своим способам миграции более похожи на растения, чем на животных. Это сходство распространяется и на некоторые другие признаки. В отличие от подавляющего большинства животных у дождевых червей, как и у растений, широко распространена полиплоидия, то есть у них могут присутствовать по нескольку копий генома. Характерны для них и самые разные типы размножения.
– Насколько интересны дождевые черви ученым?
– К сожалению, им уделяется не так много внимания, как, например, насекомым, что неправильно, если учесть огромную роль, которые играют дождевые черви во многих экосистемах. С 2011 года под руководством Сергея Евгеньевича Пельтека я начал изучать генетическое разнообразие сначала местных, сибирских, червей. Затем работа перешла уже на всероссийский уровень. Генетическую изменчивость ряда видов (Octolasion tyrtaeum, Aporrectodea caliginosa, A. rosea, Dendrobaena octaedra) мы изучили на основании обширных выборок, от Белоруссии до Дальнего Востока. Также мы исследуем фауну различных малоизученных областей, например Камчатки и Курильских островов. За четыре года начали сотрудничать с учеными из разных городов России. Большинство наших работ написано совместно с сотрудником Омского государственного педагогического университета Еленой Васильевной Головановой, специалистом по экотоксикологии почвенных сообществ. Сотрудничество с Даниилом Иосифовичем Берманом, заведующим лабораторией биоценологии Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан), позволило начать изучение фауны Дальнего Востока. И, конечно, мы очень благодарны многим десяткам коллег, которые присылают нам материалы из различных точек России.
– Что вы изучаете конкретно?
– Одна из наших работ прошла на пашенном дождевом черве Aporrectodea caliginosa. Этот вид часто встречается на полях и прочих сельскохозяйственных землях, причем находят его на всех континентах. Считается, что его родина – юг Западной Европы. Известно, что в пределах этого вида есть несколько генетических линий, которые можно грубо сравнить с расами человека. Но, в отличие от рас, видимых различий между этими линиями не нашли. И еще одно – эти линии, скорее всего, между собой не скрещиваются.
Мы попытались проследить генетическую изменчивость этого вида на примере более 40 популяций, взятых с обширной территории: от Белоруссии до Приморья. Обнаружили, что у двух генетических линий этого вида, найденных нами, существуют значительные различия в распространении. Одна представлена повсеместно, и ее генетическая изменчивость практически одинакова во всех регионах. Вторую мы нашли лишь в Белоруссии и Западной Сибири, причем на сибирской территории было только два варианта последовательности митохондриального гена цитохромоксидазы 1. Это свидетельствует о том, что для таких линий характерны совершенно разные истории расселения. Первая линия распространялась на восток давно, видимо, еще с первыми русскими поселенцами. Вторая переместилась в Западную Сибирь скачком, минуя европейскую часть России и Урал. Мы предполагаем, что это произошло с началом масштабных перевозок по Транссибирской магистрали. В самом начале XX века в связи с реформой, инициированной Столыпиным, началось масштабное переселение крестьян в Сибирь. За восемь лет, с 1906 по 1914-й, население Сибири удвоилось, причем значительную долю составляли переселенцы из Белоруссии, Украины и стран Прибалтики. На наш взгляд, это и дало возможность линии Aporrectodea caliginosa поселиться в Сибири. В европейской части России подходящие местообитания уже были заняты местными популяциями, относящимися к другой генетической линии, и новым вселенцам не удалось потеснить их. А в Западной Сибири многие территории в то время были свободны от космополитов, что дало обеим генетическим линиям этого вида одинаковые шансы.
Железнодорожное и автомобильное сообщение в XX веке сильно ускорило переселение космополитных дождевых червей. Процессы эти еще далеко не закончены. Сравнивая современное распространение видов с данными, обобщенными в монографиях выдающегося ученого из московского Института лесоведения РАН Тамары Семеновны Всеволодовой-Перель, мы видим, что некоторые из них сильно расширили свои ареалы за последние два-три десятилетия. Если вышеупомянутая Aporrectodea caliginosa раньше считалась синантропным видом, то есть связанным с человеческими местообитаниями, то сейчас ее можно найти вдали от населенных пунктов и сельскохозяйственных земель. Многие виды, когда-то не заходившие далеко за Урал, стали в Сибири обычными. Более того, начинают появляться новые виды, которые раньше не отмечались у нас в качестве космополитов. Например, на Камчатке мы обнаружили вид Dendrobaena attemsi – довольно редко встречающийся европейский вид. Это первая находка для азиатской России.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
На снимке: С.Шеховцов с кандидатом биологических наук К.Задесенец и студенткой Н.Базаровой.
Иллюстрации предоставлены С.Шеховцовым, на рисунке: Пути расселения генетических линий дождевого червя Aporrectodea caliginosa. Широкой стрелкой показано постепенное расселение линии 1; узкими – скачкообразное перемещение линии 2.

Нет комментариев