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

Фотосинтез — «игра с огнём» для растения Фотосинтез — «игра с огнём» для растения

Каким образом свет «питает» растение и как вызывает химические реакции?

Наука и жизнь
На острие высоких технологий На острие высоких технологий

Передовые разработки демонстрируют технологический потенциал столицы

Ведомости
Век живи: долгожительство станет нормой Век живи: долгожительство станет нормой

Долголетие: фантазии или ближайшее будущее?

Монокль
Усадьбы Москвы Усадьбы Москвы

Русские имения хранят множество историй, повлиявших на судьбу страны

Вокруг света
Их разыскивает… Их разыскивает…

Кто, по мнению несогласных с официальной версией, мог убить Кеннеди?

Дилетант
Ольга Таратынова Ольга Таратынова

Как Ольга Таратынова возвращает памятники архитектуры из послевоенных руин

Собака.ru
В отрасль такси вовлечено около миллиона человек В отрасль такси вовлечено около миллиона человек

Какие принципы позволяют считать отдельную цифровую платформу эффективной

Эксперт
Перелет–2023 «Байкальская кругосветка» Перелет–2023 «Байкальская кругосветка»

«Байкальская кругосветка» – воздушное путешествие вокруг знаменитого озера

Наука и техника
Уголь в цене Уголь в цене

Что происходит с ценами на уголь и что на них влияет

Ведомости
Секреты лабораторий Секреты лабораторий

Косметика будущего сможет адаптироваться под индивидуальные запросы каждого

Лиза
Маленькая Трота Маленькая Трота

Существовала ли героическая дама Тротула на самом деле?

Дилетант
Константин Тхостов: «Нужно быть инакомыслящим во благо государства» Константин Тхостов: «Нужно быть инакомыслящим во благо государства»

Как построить идеальную школу в реальных обстоятельствах

Монокль
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
Пошла жара Пошла жара

Как наши предки переживали высокие температуры без кондиционеров

Лиза
Хорошо сидим Хорошо сидим

Как правильно выбрать стул для рабочего места дома

Лиза
От инженера до модели От инженера до модели

Людмила Лысенко, модель элегантного возраста, о главных вещах в жизни

Лиза
Типы старения лица и кожи: какие бывают и как их определить Типы старения лица и кожи: какие бывают и как их определить

Какие типы старения лица и организма существуют?

РБК
Июньская метель снежноцвета Июньская метель снежноцвета

Снежноцветы считаются красивейшими деревьями, и с этим трудно не согласиться

Наука и жизнь
Мультипекарь, сендвичница, электрогриль — чем они отличаются? Мультипекарь, сендвичница, электрогриль — чем они отличаются?

Какой гаджет выбрать, если хочется бутерброд с сыром, омлет или сэндвич?

CHIP
Это сладкое слово «секреты» Это сладкое слово «секреты»

Какие секреты в деле убийства Кеннеди еще не были рассекречены?

Дилетант
Телефонная пиратка и домохозяйка-разведчица: пять женщин, которые ломали систему Телефонная пиратка и домохозяйка-разведчица: пять женщин, которые ломали систему

Героини, которые давали фору хакерам-мужчинам

Forbes
Анастасия Кудрявцева: «Если постоянно самого себя не челленджить, то кто-то тебя обгонит» Анастасия Кудрявцева: «Если постоянно самого себя не челленджить, то кто-то тебя обгонит»

Обсудили с CEO «Купера» тонкости ребрендинга, желание стать ближе к пользователю

VOICE
Рената Шакирова Рената Шакирова

Рената Шакирова в 2024-м стала прима-балериной Мариинского театра

Собака.ru
10 вещей, которые нужно успеть сделать для пожилых родителей 10 вещей, которые нужно успеть сделать для пожилых родителей

Список бесценных вещей, которые вы можете сделать для ваших родителей

Maxim
Динозавры за Полярным кругом Динозавры за Полярным кругом

Как жили динозавры и их соседи в условиях крайнего Севера или Юга

Наука и техника
Кириллица с акцентом Кириллица с акцентом

Сербия раскрывает свой чарующий характер постепенно

Лиза
Трудный подросток, безумный проповедник и злодей из «Бэтмена»: 5 лучших фильмов с Полом Дано Трудный подросток, безумный проповедник и злодей из «Бэтмена»: 5 лучших фильмов с Полом Дано

Лучшие роли Пола Дано: от независимого кино до «Бэтмена»

Правила жизни
Nocow Nocow

Nocow о ведьмачьих балладах и о том, как превратить музыку в большую поэзию

Собака.ru
Искусство развлекать Искусство развлекать

Развлечения: относительно недавние изобретения, хотя и с древними корнями

Вокруг света
Российскому промдизайну нужна промышленность Российскому промдизайну нужна промышленность

Какие возможности у промышленного дизайна есть в России?

Монокль
Открыть в приложении