Наукові обрії Каразінського: про глибоке занурення в минуле світового океану з уст учених-полярників Утєвських

Наукова діяльність — це альфа й омега Каразінського університету. Тож вирішили дізнатися більше про еволюцію, біполярне поширення організмів, відкриття нових для науки видів з уст видатних вчених-полярників, які досліджують Світовий океан від Арктики до Антарктики, братів Сергія та Андрія Утєвських.

Сергій Утєвський — український зоолог, фахівець з п’явок, доктор біологічних наук.

Андрій Утєвський — український зоолог, фахівець з п’явок, доцент кафедри зоології та екології тварин Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна.

У цьому матеріалі ми розкриємо деталі, як Андрій та Сергій Утєвські відкрили новий вид антарктичних п’явок та встановили, що мільйони років тому його предки мігрували спершу з Антарктики до Арктики, а потім повернулися назад до Антарктики. Цю роботу вони виконали у співпраці з іноземними колегами Александром Бєлецьким та Йоанною Ціхоцькою з Польщі, Маріо Санторо з Італії та Петером Тронтелем зі Словенії.

Довгий шлях повернення до Антарктики

Розуміння минулих подій нам необхідне для пояснення того, що ми спостерігаємо сьогодні. Світ має саме такий вигляд, бо так склалася його історія.

Сучасна еволюційна біологія має неймовірні засоби для дослідження минулого, яке може дати нам певне уявлення про майбутнє, бо деякі події мають властивість періодично повторюватися. Отже, можемо очікувати, що попереду на нас чекає дещо, що колись уже відбулося. Існують проблеми, які важко піддаються поясненню. Серед них — біполярне поширення організмів. Чому споріднені організми живуть у високих широтах обох півкуль Землі, але відсутні в тропіках?

Міжнародна команда зоологів, Андрій Утєвський і Сергій Утєвський з України, Александер Бєлецький і Йоанна Ціхоцька з Польщі, Маріо Санторо з Італії та Петер Тронтель зі Словенії, досліджували поширення паразитів риб — п’явокпісциколід. Вони відкрили невідомий науці вид, який живе навколо Антарктиди.

Ретельне дослідження зовнішньої та внутрішньої будови нового виду, а також його ядерних і мітохондріальних генів показало, що найближчі родичі антарктичної п’явки живуть у холодних водах північної частини Тихого океану. Незвичайною особливістю антарктичного виду є наявність у нього двох чоловічих статевих отворів (так званих гонопорів) на відміну від більшості п’явок, які мають лише один чоловічий гонопор.

Виявилося, що нова п’явка належить до групи, яку називають «платибделіни». Вони поширені в Арктиці й суміжних водах Атлантики та Тихого океану. Це те саме, як знайти білого ведмедя в Антарктиці!

Як могло виникнути таке надзвичайне географічне поширення, яке біогеографи називають біполярним? Як представник бореально-арктичної групи видів опинився в Антарктиці?

Ми висунули гіпотезу, яка полягає в тому, що предок нового виду перетнув тропічні води й опинився в Антарктиці. Однак у такому разі холодолюбний вид мав перебувати певний час у теплих тропічних водах, а згодом перейти до життя в холодних морях Антарктики. Іншим поясненням може бути тимчасове охолодження тропіків під час глобальних змін клімату в минулому. Яке з цих двох альтернативних пояснень правильне?

Ми застосували сучасні методи філогенетичного аналізу послідовностей ДНК, які дозволили віднайти шляхи еволюції п’явок, що були відтворені програмою у вигляді філогенетичного древа. З мільйонів можливих дерев алгоритм вибрав дерево з найвищою правдоподібністю.

Потім ми застосували Баєсів аналіз, який дозволив реконструювати географічне поширення предків тих видів, які ми досліджували. Цей аналіз продемонстрував високу ймовірність нашої гіпотези про те, що предки нового виду жили в холодних північних водах Світового океану, а потім перетнули тропіки та досягли Антарктики.

Нам удалося визначити, коли відбулася ця подія за допомогою методу молекулярного датування. Була використана гіпотеза молекулярного годинника. Молекулярна еволюція, тобто накопичення мутацій у молекулах ДНК, відбувається з приблизно однаковою швидкістю протягом довгого часу в різних групах організмів, яких ми досліджували. Але для цього нам необхідно калібрувати наш молекулярний годинник за допомогою іншої еволюційної події, якщо час, коли вона відбулася, нам відомий.

Цією калібрувальною подією було виникнення двох видів риб’ячих п’явок роду Notostomum унаслідок закриття Берингової протоки 3 мільйони років тому. Суходіл розділив ареал предкового виду, що привело до утворення двох сучасних видів, які живуть тепер у Північному Льодовитому океані та північній частині Тихого океану.

Тепер ми отримали всю необхідну інформацію для датування події, яка нас цікавила — перетинання предком нашого нового виду тропіків. Молекулярний годинник показав, що новий вид відділився від своїх північних родичів приблизно 1,76 мільйона років тому під час плейстоцену, коли поверхня Землі зазнала значного охолодження. Саме в цю епоху холодолюбний предок антарктичної п’явки зміг перетнути тропіки!

Наші філогенетичний аналіз і реконструкція предкових ареалів показали, що риб’ячі п’явки виникли в морях навколо Антарктики, потім вони розповсюдилися Світовим океаном, досягли Арктики та проникли в прісні водойми Північної півкулі. Однак згодом предок нашого виду повернувся з півночі на батьківщину пращурів всієї родини риб’ячих п’явок в Антарктиці! Ось така заплутана еволюційна історія цього виду!

Ми віднесли новий вид до нового роду, який назвали Austroplatybdellina, що перекладається з латини як «південна платибделіна», тому що ця антарктична п’явка належить до переважно північної групи платибделін.

Еволюційна історія нового виду нагадала нам притчу про блудного сина, який покинув свого батька та блукав у далеких країнах так само, як і п’явкиплатибделіни в північних морях. Згодом одна з них повернулася на свою південну прабатьківщину. Латиною «блудна» — "prodiga". Отже, повна офіційна назва описаного нами нового для науки виду — Austroplatybdellina prodiga.

Головний урок, який ми можемо винести з цієї історії — кліматичні зміни суттєво впливали на географічне поширення організмів. Охолодження відбувалися неодноразово впродовж геологічної історії. Нам слід взяти це до уваги та пам’ятати про можливість не лише глобального потепління, але й глобального охолодження, яке може привести до значних змін умов життя на Землі.

На яскравих світлинах, які вчені принагідно надали з власних архівів, можна побачити кухню науки: від пошуків істини на крижаному континенті до ретельних аналізів у лабораторіях.