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

Душистые травы прованса Душистые травы прованса

Любители вкусно покушать при упоминании Прованса вспоминают прованские травы

Наука и жизнь
Усадьбы Москвы Усадьбы Москвы

Русские имения хранят множество историй, повлиявших на судьбу страны

Вокруг света
«Мы до всего доходили опытным путем» «Мы до всего доходили опытным путем»

Алексеей Карахан о принципиальных отличиях туризма от путешествий

Правила жизни
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
Две классические ошибки садоводов Две классические ошибки садоводов

Что мы сплошь и рядом видим в саду? А видим мы… джунгли

Наука и жизнь
Российский рынок перерос параллельный импорт Российский рынок перерос параллельный импорт

Минпромторг сокращает список товаров параллельного импорта

Монокль
Млечный путь Млечный путь

Свиньи и дельфины — близкие родственники, а лошадь роднее собаке, чем корове

Вокруг света
Выход за рамки Выход за рамки

Изысканная интерпретация классики с элементами ар-деко и минимализма

SALON-Interior
Вам и не снилось Вам и не снилось

Каким было время, когда снимался легендарный фильм «Вам и не снилось»

Лиза
Жизнь за стеной Жизнь за стеной

Фильм про страну, в которой тотальный контроль стал религией

Дилетант
Седан XPeng P7 сжег мосты консервативного дизайна: самый смелый рестайлинг в истории китайского автопрома Седан XPeng P7 сжег мосты консервативного дизайна: самый смелый рестайлинг в истории китайского автопрома

Готов ли рынок к седану, который выглядит как артефакт из будущего?

ТехИнсайдер
Наука и жизнь. Архив: 1941—1945 годы Наука и жизнь. Архив: 1941—1945 годы

О чем писали в журнале «Наука и жизнь» в годы Великой Отечественной войны?

Наука и жизнь
Объединяя народы Объединяя народы

Летний уикенд в Казани — что посмотреть в столице Татарстана?

Отдых в России
Российскому промдизайну нужна промышленность Российскому промдизайну нужна промышленность

Какие возможности у промышленного дизайна есть в России?

Монокль
«Эффект кислого винограда»: как неудачи и страх провала мешают нам исполнять мечты «Эффект кислого винограда»: как неудачи и страх провала мешают нам исполнять мечты

Почему мы бессознательно обесцениваем то, что раньше вдохновляло?

Forbes
Как мужчины разрушают нашу самооценку: что делать и как дать отпор Как мужчины разрушают нашу самооценку: что делать и как дать отпор

Как неосторожные слова и поступки мужчин могут подрывать нашу самооценку

VOICE
Тарифная петля вместо тарифного пирога Тарифная петля вместо тарифного пирога

Цены на услуги естественных монополий и ЖКХ вырвались из-под контроля

Монокль
Связующее звено экономики Связующее звено экономики

Как Россия стала флагманом мировой платформизации

Эксперт
От инженера до модели От инженера до модели

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

Лиза
«Астероиды: рожденные пламенем» «Астероиды: рожденные пламенем»

Как ученые научились анализировать состав астероидов

N+1
«Через три года мы сможем увидеть российскую криптовалютную инфраструктуру» «Через три года мы сможем увидеть российскую криптовалютную инфраструктуру»

Андрей Тугарин о нюансах и схемах трансграничных платежей

Монокль
От Бармалеевой до Фонтанки От Бармалеевой до Фонтанки

Отрывки романа Евгения Водолазкина с предисловием автора

СНОБ
«Нечестная» игра Баше «Нечестная» игра Баше

Как найти выигрышную стратегию в игре Баше?

Наука и жизнь
«Средневековье в латах» «Средневековье в латах»

Как умирали и какие раны наносили друг другу средневековые воины

N+1
Лихие 900-е Лихие 900-е

Как выглядит тест-драйв автомобиля Lynk & Co 900 в Китае для иностранных граждан

Автопилот
Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта

Об условиях восстановления спроса на металлопродукцию в России

Ведомости
Как брат с сестрой создали в Томске бизнес с незрячими массажистами Как брат с сестрой создали в Томске бизнес с незрячими массажистами

Что подтолкнуло брата с сестрой на открытие школы массажа с незрячими

Forbes
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
Попасть в настоящее кино Попасть в настоящее кино

Новый кинопарк «Москино» — центр съемок и место притяжения туристов

Отдых в России
Жаркое лето в Сибири Жаркое лето в Сибири

Природный отдых у города: почему стоит поехать в Новосибирск летом

Отдых в России
Открыть в приложении