Ген дендронотуса

О том, как анализ ДНК помог обнаружить на Курилах семь новых видов голожаберных моллюсков, рассказывает биолог Ирина Екимова.

— Ирина Александровна, почему для экспедиции по поиску моллюсков вы выбрали именно Курильские острова?

— Курилы — это известный центр биоразнообразия беспозвоночных животных. Хотя считается, что наибольшее количество беспозвоночных животных обитает в тропиках, есть и другие регионы, для которых характерно большое биоразнообразие, и Северо-Западная часть Тихого океана как раз к ним относится. Во-первых, это высокопродуктивный регион. Там очень большая биомасса гидробионтов. Во-вторых, по ряду причин, это — основной центр происхождения фауны бореальных и арктических вод. Сами Курильские острова интересны высоким эндемизмом. Это означает обитание большого числа животных в небольшой локации, то есть их ареал не широкий, а сосредоточен в одном месте. Так, например, фауна разных островов отличается друг от друга. Есть виды, которые проживают на всей территории Курил, но у каждого острова есть ещё свои эндемики. Островов много, эндемиков много и, соответственно, большая часть из них ещё не описана.

— В чём состоит ценность открытых вами новых видов голожаберных моллюсков?

— Традиционно считалось, что семейство Dendronotidae не очень разнообразно. Если мы, например, берём 2008 год, когда учёные ещё не проводили молекулярные исследования, семейство дендронотиды насчитывало 15–16 изученных видов. Предполагалось, что большая часть из них широко распространена. Когда начали проводить молекулярный анализ, выяснилось, что большинство этих моллюсков на самом деле представляют собой разные виды. За последующие 10 лет исследований количество описанных видов увеличилось с 15 до более чем 30. Нам казалось, что мы уже всё про них знаем. Но недавно нам передали материалы с Курил, где удалось обнаружить сразу семь новых видов. Это говорит о том, что далеко не всё изучено. Конечно, с этой точки зрения семейство Dendronotidae можно считать особенным. Несмотря на то, что разные его виды часто проживают в одной и той же точке, они могут принадлежать к разным эволюционным линиям семейства, что весьма интересно.

— Вы изначально планировали найти новые виды или это открытие стало для вас сюрпризом?

— Курилы, на самом деле, долгое время считались «белым пятном» с точки зрения биоразнообразия моллюсков, у нас было мало данных по составу фауны, и в основном эти данные были получены без применения современных молекулярных методов. На вторую половину лета 2019 года был запланирован рейс на Курильские острова, в который отправились наши коллеги. К сожалению, я не поехала в эту экспедицию, хотя именно оттуда было привезено большое количество голожаберных моллюсков. Мы, конечно, ожидали, что там окажется что-то «новенькое», но такое количество новых таксонов мы предположить не могли.

— Вы говорите, что эти виды моллюсков зачастую встречаются в одной локации. Где их можно встретить? Где им нравится или не нравится жить и почему?

— Для всех по-разному. Как правило, все моллюски живут в той среде, которая им комфортна. Если говорить именно про род Dendronotus, то там есть и тропические виды, и бореальные, и арктические, которые живут в море Лаптевых, в совсем холодных водах. Что касается давления, что является важным параметром для морских животных, то тут тоже у каждого вида по-своему. Есть мелководные, которые обитают только на мелководье, есть виды исключительно глубоководные, а есть виды эврибатные, которые встречаются и там и там. Конкретно те, которых мы описали, встречаются в основном на глубине. Были также эндемики, но они были обнаружены в единичных экземплярах. Один из видов, Dendronotus valdesi, был собран в относительно большом количестве и у Северных Курильских островов, и у центральных, то есть этот вид более широко распространенный.

— Эти виды моллюсков ведут общественный образ жизни? Или Dendronotus всё же предпочитают проживать поодиночке?

— Вообще все виды голожаберных моллюсков являются гермафродитами, то есть одна особь может выполнять роли обоих полов — это интересный момент. В целом, эти животные обитают одиночно. Но в период размножения они часто формируют массовые скопления. Бывает, что они сползаются друг к другу, чтобы копулировать и дальше уже расползаются «по своим делам». Это не очень изучено, такие вещи наблюдаются в разных местах у разных видов, но на примере хорошо изученных видов можно экстраполировать эти данные на всё семейство.

— Можно ли встретить эти виды моллюсков где-нибудь кроме Курил?

— Сложно предполагать, потому что, с одной стороны, повторюсь, Курилы характеризуются высоким эндемизмом, так что возможно эти виды всё-таки эндемики Курил. Но, с другой стороны, глубоководные сборы на данный момент не очень часто проводятся, так что точно определить это пока не удастся. Наиболее исследованные глубины — это мелководные зоны. А вот глубины начиная с 200–400 метров изучены плохо. Однако я думаю, что в близлежащих регионах вполне можно будет найти этих моллюсков.

— Расскажите, как проводится глубоководный сбор моллюсков?

— Стоит сразу же пояснить, что голожаберные моллюски семейства Dendronotidae были собраны в экспедиции, проводившейся Тихоокеанским институтом биоорганической химии (ТИБОХ ДВО РАН — Прим. ред.) на судне «Академик Опарин». На самом деле цель этого рейса заключалась в сборе гидробионтов, которые в дальнейшем могут быть использованы для получения разнообразных биоактивных веществ. Задача была собрать губок и асцидий, то есть животных, которых, во-первых, можно найти в большом количестве, во-вторых, это группы, с которыми уже давно работают на биохимическом уровне.

Но вместе с сотрудниками ТИБОХа в такие рейсы ходят наши коллеги из Национального научного центра морской биологии (Национальный научный центр морской биологии имени А. В. Жирмунского, ННЦМБ ДВО РАН — Прим. ред.). Они собирают прилов и фиксируют материал в зависимости от того, для кого из коллег какие животные необходимы. Сборы в этом рейсе проводились на разных глубинах как мелководных, так и глубоководных станций. Но в нашей работе были изучены только глубоководные Dendronotus, обитающие на глубинах от 40 до 600 метров.

— С помощью каких устройств ваши коллеги ловили моллюсков?

— Если это мелководье, то учёные используют погружения с помощью легководолазного оборудования. Например, мы в наших экспедициях проводим погружения на глубины до 30 метров, в процессе них моллюски просто собираются руками. Если говорить про глубоководные сборы, то там уже необходимо применять определённые орудия лова. Они достаточно разнообразны, но в нашем случае был использован трал. Трал — это железная рама, размером от полуметра до нескольких метров. К раме приделан мешок из тонкой сетки для сбора. Эта рама с помощью лебёдок опускается с борта в воду и падает на дно. Когда трал достигает дна, судно даёт медленный ход и трал ползёт за ним по дну, а в его мешок набивается грунт вместе с большим количеством животных. В этом методе, конечно, есть определённая проблема, поскольку такой вид сбора не самый щадящий, и животные часто приходят повреждёнными. Так, мы не смогли описать половую систему нескольких видов, потому что их мягкие ткани были повреждены.

— А как вы фотографируете пойманных моллюсков для научных статей?

— После того, как трал вытягивают на судно, пойманных животных отмывают от грунта, после чего происходит первичный разбор трала. Животные вываливаются в так называемое «корыто». Дальше специалисты берут то, что им нужно, например, ТИБОХовцы берут губок, а гидробиологи и зоологи берут всё остальное, в том числе моллюсков. После этого животные помещаются в аквариум и фотографируются уже в лаборатории на судне. Специальное оборудование для этого не нужно, так как моллюски достаточно крупные и обычно достаточно хорошей камеры с макрообъективом и вспышкой.

— Много ли морских животных вы получили для изучения?

— Моллюсков, к сожалению, было не много, поэтому, конечно, у нас возникли сложности. Дело в том, что с помощью глубоководных проб, как правило, моллюски вылавливаются в единичных экземплярах. Из 7 обнаруженных нами новых видов 4 были представлены в единичном экземпляре. Моллюсков трёх других видов всё-таки было чуть больше. Всего же удалось поймать и изучить 15 особей.

— Что в большей степени отличает новые виды моллюсков от уже известных видов: внешнее строение или внутренняя организация? На что в первую очередь при изучении моллюсков вы обращали внимание?

— Ну, я бы сказала, что эти виды отличаются от других дендронотусов по совокупности внешних и внутренних признаков. Чем-то эти виды по внешней морфологии похожи на уже описанные, чем-то — по внутренней. То есть в комплексе отличия есть, а если рассматривать по отдельности, то корректно определить вид не получится. Dendronotidae — это сложное семейство для таксономистов, потому что у них очень высокая вариабельность окраски. С этим фактом как раз связано то, что раньше это семейство не отличалось видовым разнообразием, по мнению учёных.

Внешняя морфология новых видов голожаберных моллюсков с Курил. Илл.: I. A. Ekimova et al, Diversity, 2023.

Поэтому, первое, что стоит делать при работе с представителями рода Dendronotus — это получить их генетические данные, которые помогут точно сказать, какие животные принадлежат к уже описанным видам, а какие являются для нас чем-то «новеньким». Также есть таксономически значимые признаки, как правило, это окраска, которая всё же бывает, специфична для некоторых видов, и признаки внутреннего строения, такие как морфология радулы и половой системы.

— А что такое радула у моллюсков?

— Радула — это зубы моллюсков, их орган пищедобывания.

— Вы говорите, что основная задача в начале изучения новых видов — их генетический анализ. Как вы извлекаете образцы ДНК моллюсков?

— ДНК извлекается просто. Для этого нужен маленький кусочек ткани. Но сначала необходимо довезти моллюсков до лаборатории в целости и сохранности, чтобы они не «стухли». Таким образом, их нужно везти либо живыми, но это проблематично, потому что расстояние между Курилами и Москвой, конечно, приличное, либо каким-то образом их «зафиксировать». Для этого моллюсков помещают в жидкость, где сохранится структура их тканей и ДНК. Есть много фиксаторов, которые используются для разных целей: самые популярные — это формалин и его вариации, а также спирт. Если нужно выделять ДНК, то формалин не подходит для фиксации образцов. Он влияет на ДНК так, что она очень плотно сшивается между собой и в дальнейшем при её выделении эти связи не нарушаются, что делает невозможным последующие исследования структуры ДНК. Поэтому, если нужно производить молекулярный анализ, то в качестве фиксатора используют спирт. Соответственно, ещё на корабле животных помещают в спирт и потом доставляют в лабораторию. Далее от моллюска отщипывается кусочек мягких тканей. Мы обычно берём кусочек ноги, который составляет примерно один кубический сантиметр — этого более чем достаточно. После чего проводится стандартная методика изучения ДНК.

— А в лаборатории моллюски хранятся как-то по-особенному?

— Приходят они, как я уже сказала, в маленьких пробирочках со спиртом. Для качественного проведения молекулярного анализа лучше хранить материал в холодильнике или морозильной камере, так ДНК сохраняется дольше. Если хранить при комнатной температуре, то через год ДНК повреждается и с ней уже не так просто работать.

— Будете ли вы искать новые виды дендронотусов на Курилах?

— Как мы знаем, исследований никогда не бывает достаточно. Курилы, конечно, удивительное место, и я уверена, что там будут ещё найдены и описаны новые виды. Кроме того, дендронотусами мы не ограничиваемся. Dendronotidae — это одно из семейств отряда голожаберных моллюсков, которое включает в себя порядка 4 тысяч видов, ну и семейств там большое количество. В других группах, именно на Курилах, тоже очень много ещё не описанных таксонов. Поэтому, конечно, по возможности ещё будем изучать этот регион.

Исследование проводилось в рамках гранта 20-74-10012 Российского научного фонда.