Как происходит видообразование, с чего начинается и через какие этапы проходит

Наука и жизньНаука

У эволюции нет конкретной цели, но есть результат

Беседу ведёт Наталия Лескова.

Борис Александрович Лёвин. Фото Андрея Афанасьева

Мы не задумываясь назовём голубя и ворону, акулу и карася разными видами животных, ведь они так не похожи друг на друга. Однако бывает, что животные внешне отличаются, а относятся всё равно к одному виду. Чтобы определить новый вид, его нужно очень внимательно изучить: не только то, как его представители выглядят, но и как они себя ведут, и что у них в ДНК.

О том, как происходит видообразование, с чего начинается и через какие этапы проходит, рассказывает ихтиолог Борис Лёвин, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова и Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, руководитель проекта РНФ по генетике рыб.

— Борис Александрович, всю свою научную жизнь вы занимаетесь изучением рыб…

— Начинал с изучения фауны рыб Волги и Дона в зоне их водораздела ещё студентом, диссертацию защищал уже как морфолог рыб. Потом занялся эволюционной биологией развития — модифицированием онтогенеза*, когда, стимулируя или подавляя активность щитовидной железы рыб во время раннего онтогенеза, мы вызывали совершенно разные состояния фенотипов**, которые можно было бы отнести к разным видам рыб, настолько у них морфология различалась. В ходе этих работ мы нашли уникальный вид рыб, сверхчувствительный к тиреоидным гормонам (синец, Ballerus ballerus, из семейства Карповые). Он обитает в водоёмах Европейской России, в частности, мы работали с синцом из Рыбинского водохранилища. Когда у синца измерили естественный уровень тиреоидных гормонов, оказалось, что он самый низкий среди всех изученных видов рыб. Тогда мы искусственно повысили уровень тиреоидных гормонов у личинок синца и получили… фенотипический аналог другого вида — белоглазки, Ballerus sapa, у которой естественный уровень гормонов как раз выше, чем у синца. Причём эти виды, хотя и являются сестринскими (то есть самыми близкими друг другу), хорошо различаются в природе по морфологии, экологии, да и по генетике. То есть нет сомнений в том, что это разные виды.

* Онтогенез — индивидуальное развитие организма.

** Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков индивидуума, приобретённых в ходе онтогенеза.

— Тиреоидные гормоны — это же гормоны щитовидной железы. Почему вы именно их решили исследовать?

— Потому что они являются очень мощными морфогенами, то есть соединениями, влияющими на формирование органов и частей тела. В своём эксперименте с синцом мы вскрыли механизм, согласно которому мог реализоваться эволюционный сценарий в этой линии рыб. Например, если случается мутация, которая увеличивает или снижает продукцию гормонов, это приводит к кардинальной перестройке морфологии. Иначе говоря, единичная мутация может привести к морфологическим изменениям видового или родового уровня — фактически случается макроэволюция. Вообще, переход от микро- к макроэволюции не вполне понятен, специалисты пока не могут определиться с тем, существуют ли тут чёткие границы.

После защиты диссертации я выиграл постдок — стажировку для молодых кандидатов наук — в Испании, в Национальном музее естественной истории. Там проработал в течение двух лет, освоил молекулярную генетику. Понравилось, с тех пор «подсел» на «молекулярку». По возвращении в Россию начал исследовать генетическое разнообразие рыб наших водоёмов, а это оказалось совершенно неизученное «эльдорадо». Организовал сначала небольшую молекулярно-генетическую лабораторию. Мы смогли выделять ДНК, делать ПЦР (полимеразную цепную реакцию), а секвенировали в сервисном центре. Затем приобрели секвенатор, и весь цикл работ, от выделения ДНК до написания генетических статей, стали проводить у себя, не выходя за пределы лаборатории. Это ускорило процесс и увеличило число обрабатываемых проб. Сейчас наша лаборатория очень хорошо оборудована и приспособлена, в том числе для работы с геномикой и так называемой природной (или экологической) ДНК, содержащейся в воде.

В кабинете выделения ДНК из образцов тканей рыб. Фото Андрея Афанасьева

— А что именно вы смотрели у рыб?

— Генетическое разнообразие, которое служит маркером для разграничения видов, популяций или же маркером определённых эволюционных событий и процессов (например гибридизации). Есть весьма популярный для идентификации видов ген, расположенный в митохондриальной ДНК, — он кодирует первую субъединицу цитохром-с-оксидазы***. В своё время участок этого гена предложили использовать как ДНК-штрихкод, или ДНК-баркод, — достаточно универсальный маркер, по которому, как считается, можно понять, какой это вид для разных групп организмов — позвоночных и беспозвоночных животных. Была создана большая база данных во всём мире по этим штрихкодовым последовательностям. Соответственно, когда вы секвенируете, получаете последовательность и сравниваете её в базе данных, к какому виду она ближе всего. Например, получаете сходство на 99% с плотвой. Или сходство только на 95% (то есть, говоря иначе, для этого маркера есть генетическая дивергенция в пять процентов) — это значит, что вида нет в базе данных или же это новый для науки вид. Мы стали применять этот метод массово — делать так называемый генетический скрининг рыб наших водоёмов. Вот, например, в бассейне Волги мы таким образом генотипировали более 1100 рыб со 170 станций и узнали очень много нового о тех рыбах, которые, как казалось, уже изучены, и новизны здесь вряд ли кто ожидал.

*** Цитохромоксидаза — один из главных белков энергетических реакций в митохондриях, состоящий из целого ряда субъединиц, закодированных как в ядерной, так и в митохондриальной ДНК.

Морозильная камера с выделенной ДНК рыб в лаборатории Б. А. Лёвина. Фото Андрея Афанасьева

— Вам удалось открыть новые виды?

— В реках европейской части России до сих пор обнаруживаются новые виды — это я вам по секрету скажу, не приводя подробностей, потому что мы находимся в процессе их описания. Разве что можно рассказать о новом пескаре из бассейна Урала, описание которого только что опубликовано. Пескари распространены практически по всей Северной Евразии, и долгое время считалось, что они относятся к одному и тому же виду, пескарю обыкновенному, Gobio gobio, у которого просто высокая внутривидовая изменчивость. Потом генетический анализ показал, что это не один, а несколько видов. Мы исследовали пескарей из бассейнов Урала, Волги и Оби, чтобы лучше понять, какие виды здесь встречаются. Обнаружили четыре вида: три известных и один новый. Его назвали Gobio uralensis, поскольку он обитает в верхнем и среднем течении Урала, причём уральский пескарь оказался эндемичным видом — единственным из всех рыб реки Урал. По внешним признакам он больше всего похож на волжского Gobio volgensis, а по митохондриальной ДНК — на маркакольского Gobio acutipinnatus из бассейна верхнего Иртыша, в пределах Казахстана и Китая. Не исключено, что этот вид возник в результате гибридизации неких древних пескарей, которые дали современных Gobio acutipinnatus и Gobio volgensis. Гибридизоваться они могли, когда бассейн Каспия был связан с Обской речной системой через Тургайскую ложбину в ледниково-межледниковые периоды плейстоцена (2,58 миллиона — 11,7 тысяч лет назад).

Ранее также мы описали четыре новых вида из других регионов земного шара. Три из них с Кавказа, а четвёртый из Эфиопии (Восточная Африка). На Кавказе я работаю уже более 20 лет. Это мой любимый регион, участвовал здесь в самых разных экспедициях в разных уголках. Из Закавказья мы описали два новых вида рыб, относящихся к храмулям и щиповкам.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как икс стал неизвестным и к чему это привело Как икс стал неизвестным и к чему это привело

Почему неизвестную величину принято обозначать именно буквой x?

Наука и жизнь
Леонид Алексеев Леонид Алексеев

Леонид Алексеев — авторитетный тейлор в собственном петиметр-бренде House of Leo

Собака.ru
Вертолет, который смог Вертолет, который смог

Как Ingenuity собирает данные на Марсе

ТехИнсайдер
Петрикирхе: почему молчат колокола Петрикирхе: почему молчат колокола

Петрикирхе напоминает айсберг, немалая часть которого скрыта в катакомбах

Дилетант
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Автобиографии бизнесменов: топ-10 по версии «Инк.» Автобиографии бизнесменов: топ-10 по версии «Инк.»

Автобиографии предпринимателей, которые помогут понять, как строить бизнес

Inc.
«Кладовые солнца» калужской земли «Кладовые солнца» калужской земли

Болота. Много или мало их в России?

Наука и жизнь
Это мой город Это мой город

Признания в любви Петербургу и прочие практические советы

Weekend
Мы рассматриваем возможность стратегических партнерств и M&A-сделок Мы рассматриваем возможность стратегических партнерств и M&A-сделок

Как платформы меняют правила игры на рынке недвижимости

Эксперт
Филипп Киркоров: «Публика принимает меня любым, но далеко не всё прощает» Филипп Киркоров: «Публика принимает меня любым, но далеко не всё прощает»

Какой путь прошел Филипп Киркоров и сколько еще впереди

ЖАРА Magazine
Борьба с прогулами Борьба с прогулами

Антикоррупционные инициативы Андропова советские граждане встретили на «ура»

Дилетант
Вячеслав Фетисов: «Пятьдесят процентов моего успеха — моя жена» Вячеслав Фетисов: «Пятьдесят процентов моего успеха — моя жена»

То, что ей пришлось пережить со мной, мало какая жена выдержит!

Коллекция. Караван историй
«Люблинская уния» «Люблинская уния»

Дискуссии о механизме объединения Польши и Литвы продолжались несколько лет

Дилетант
Вне зоны доступа. «Питер FM» 20 лет спустя Вне зоны доступа. «Питер FM» 20 лет спустя

Как фильм «Питер FM» ввел моду на сентиментальный Петербург

СНОБ
Россия в фарфоре Россия в фарфоре

Истории страны в коллекциях ИФЗ

Weekend
Ольга Дибцева: «Жизнь одна — играй сейчас» Ольга Дибцева: «Жизнь одна — играй сейчас»

Ольга Дибцева о том, почему никогда не сыграет жестокость к детям

Караван историй
Летчик, моряк, трудоголик и муж. Жизнь принца Филиппа — в фактах и фотографиях Летчик, моряк, трудоголик и муж. Жизнь принца Филиппа — в фактах и фотографиях

История жизни одного из самых трудолюбивых членов британской монаршей семьи

Правила жизни
Режиссер Алексей Мартынов — о смысле существования Мастерской Брусникина Режиссер Алексей Мартынов — о смысле существования Мастерской Брусникина

Режиссер Алексей Мартынов — о необходимости в какой-то момент опираться на себя

РБК
Искусство для искусства Искусство для искусства

Стильный интерьер для коллекционеров современного искусства

SALON-Interior
Переславская флотилия Переславская флотилия

Переславль-Залесский: город на Золотом кольце, где хочется остановиться

Отдых в России
Шимпанзе заразились зевотой от головы андроида Шимпанзе заразились зевотой от головы андроида

Шимпанзе способны заразиться зевотой от зевающей головы человекоподобного робота

N+1
«Материалистка»: Дакота Джонсон, Педро Паскаль и Крис Эванс ищут любовь в большом городе «Материалистка»: Дакота Джонсон, Педро Паскаль и Крис Эванс ищут любовь в большом городе

«Материалистка» перезапускает не только сердца, но и умные ромкомы

Правила жизни
В ожидании телепортации В ожидании телепортации

Передовые технологии помогут сблизить скорость данных и перемещений

Монокль
Когда день не становится ночью Когда день не становится ночью

Что происходит, если сбиваются биологические часы организма?

Здоровье
Жизнь Анны Ангеловны, краткая история фаду Жизнь Анны Ангеловны, краткая история фаду

История о том, как появился музыкальный жанр фаду

Seasons of life
Мы получаем 47 заказов каждую секунду Мы получаем 47 заказов каждую секунду

Почему платформенная экономика становится новой формой экономических отношений

Эксперт
Счастье незавершенного гештальта Счастье незавершенного гештальта

Что помогает осознать предназначение и как оно создает нас?

Psychologies
Вячеслав Семененко: «Есть значительный спрос на отдых с детьми» Вячеслав Семененко: «Есть значительный спрос на отдых с детьми»

Как меняются и развиваются загородные отели и как масштабируется этот рынок?

Ведомости
Ад и рай Чехова Ад и рай Чехова

Дом-музей Антона Чехова — как жил и творил великий писатель?

Отдых в России
Яркий кадр Яркий кадр

Заказчики этой квартиры оказались большими фанатами кино и поп-арта

Идеи Вашего Дома
Открыть в приложении