Что заставляет арктических червей темнеть

Чем глубже мы погружаемся в биологическое разнообразие Арктики, тем лучше понимаем, насколько еще мало изучена в зоологическом и ботаническом отношении эта область Земли. Это четко показывают исследования зоологов, том числе недавнее, ученых из Архангельска, Санкт-Петербурга, Москвы и Сургута, изучавших таксономическое разнообразие пресноводных пиявок полярных областей.

В 2016 году наши коллеги — зоологи из университета Черногории в Подгорице Владимир Пешич и Клеменс Гроссер обнаружили и описали новый вид пресноводной пиявки Glossiphonia balcanica. Ее было принято считать эндемиком Балканского полуострова, на что указывает и научное название этого вида. Но к нашему большому удивлению, этот «южноевропейский эндемик» оказался едва ли не самым распространенным в Арктике и Субарктике представителем семейства Glossiphoniidae.

Генетический анализ помог выявить пиявок этого вида в водоемах Исландии, Кольского полуострова, Полярного Урала, плато Путорана… Кроме того, G. balcanica была зарегистрирована на севере европейской части России (Архангельская область) и в верхней части бассейна реки Волги (Московская область). А ее обитание на Балканах позволяет предположить, что на этом полуострове некогда располагался рефугиум (убежище), в котором до сих пор сохранились остатки четвертичной фауны, вымершие в других регионах Европы во время ледникового периода.

На северное происхождение этого вида указывает и его экология. На Балканах G. balcanica обитает в горных быстротекущих потоках, температура которых значительно ниже, чем это типично для юга Европы. Вид известен также из сравнительно холодного Скадарского озера. Так что балканская пиявка — отнюдь не эндемик юга Европы, а реликт, и Балканы, видимо, тоже можно рассматривать как «заповедник» фауны ледникового периода.

Закаленные Арктикой

Биологи и путешественники, хорошо знакомые с высокими широтами, никогда не описывали их как «зоологическую пустыню». Совсем наоборот: те виды, что смогли проникнуть в эти негостеприимные края, приспособиться к существующим там условиям, получают своеобразный экологический «приз», оказываясь в среде обитания, где снижено давление хищников и конкурентов, а значит, есть возможность захватить куда большее жизненное пространство, чем в тропиках и субтропиках, где все «места под солнцем» давно поделены и идет самая отчаянная борьба за существование.

Хороший пример такого рода дают пресноводные пиявки, группа животных, которую традиционно было принято считать не очень характерной для полярных местностей. В науке гирудинологии (так называется область зоологии, специально посвященная пиявкам — Hirudo, по-латыни) сложилось мнение, что в высоких широтах эти представители класса малощетинковых червей представлены очень небольшим числом видов, встречаются спорадически и редко достигают высокой численности.

Наш научный коллектив, куда входят специалисты из научных институтов и университетов Архангельска, Санкт-Петербурга, Москвы и Сургута, занимается пиявками Арктики уже не первый год. За это время сотрудники нашей команды посетили большое число мест в арктических и субарктических регионах (и не только на территории России, но также в Канаде, на Аляске) и собрали довольно представительную коллекцию этих существ, которые для большинства людей, далеких от науки, представляются обычно чем-то весьма малоприятным, если не отталкивающим. У профессиональных зоологов мнение на этот счет совсем другое.

Пиявки — животные древние, интересные, сложно устроенные и, безусловно, заслуживающие изучения. Они представляют важность не только сами по себе, но и потому, что тесно связаны со своими прокормителями (так называют животных, чью кровь пиявки употребляют в пищу, а это не только люди и крупные млекопитающие, но и птицы, рыбы, моллюски и даже водные личинки насекомых). Изучение происхождения арктических пиявок и путей их миграции в историческом прошлом позволяет нам понять, как сформировалась фауна арктических экосистем в целом, какие процессы повлияли на ее современный облик, какие «ответы» экосистемы на текущие глобальные изменения можно ожидать в обозримом будущем. Иными словами, пиявки помогают нам найти ответы на многие фундаментальные научные вопросы, имеющие и определенное практическое значение.

Высокие технологии зоологии

Давно прошли времена, когда классификация животных строилась исключительно «на глаз», на основе сходств и различий по форме и окраске их тела, размерам и тому подобным признакам, которые очень легко выявлять, но сложно оценивать их реальное значение. Все подобные признаки очень изменчивы, поэтому неизбежна сильная субъективность в их истолковании. Вот почему вся история научной зоологии полна бесконечных споров между специалистами о том, как правильно выделять виды животных и чем они друг от друга отличаются. Пиявки в этом отношении не представляли исключения.

Современная зоология — наука высокотехнологичная. Специалисты не отказались совсем от использования признаков внешнего строения животных, но гораздо больше они доверяют сейчас результатам генетического анализа, когда напрямую сравниваются расшифрованные фрагменты ДНК (или целые геномы) многих организмов, что позволяет более объективно определять, кто кому родственник и в какой степени родства. Это объясняется тем, что генетические признаки гораздо меньше подвержены влиянию условий обитания, «тексты ДНК» изменяются не так сильно, как анатомические и морфологические особенности, и потому дают надежный указатель родства и происхождения.

Более того, при соблюдении некоторых условий можно, используя эти генетические данные, даже попытаться определить возраст той или иной группы животных, выразив его в миллионах или десятках миллионов лет (очень округленно, не с точностью до года и даже тысячелетия). Для пиявок и других мягкотелых животных, ископаемые остатки которых редко сохраняются в палеонтологической летописи, это особенно актуально. А для нас дает дополнительную возможность связать историю фауны с геологическими событиями прошлого. Расчеты генетического сходства организмов в наши дни проводятся с использованием сразу сотен образцов, каждый из которых может быть представлен сотнями нуклеотидных пар («букв» генетического текста). Для обработки такого большого объема информации и построения генеалогических деревьев используется суперкомпьютерное моделирование.

Самые северные пиявки

Мы сосредоточились пока на одном семействе пиявок, так называемых глоссифониидах (Glossiphoniidae), известных как улитковые или плоские пиявки. Собрав внушительную коллекцию представителей этой группы из водоемов Арктики, а также районов, расположенных южнее, нам удалось показать, что реальное видовое богатство глоссифониид в высоких широтах гораздо выше, чем принято было считать. Достаточно сказать, что в ходе исследования было выявлено шесть видов и один род, новые для науки.

Всего же в арктических водоемах обнаружилось 14 видов этого семейства, что значительно выше имевшихся в науке еще совсем недавно оценок. Часть этих видов оказались «криптическими». Так в зоологии принято называть виды, практически не отличающиеся по внешнему строению и анатомии, но прекрасно различающиеся генетически. Обнаружить их существование без современных методов молекулярного анализа практически невозможно.

Особенно интересной оказалась крупная пиявка, которую мы отнесли к новому роду и виду, дав ей название Hyperboreomyzon polaris. На русский это можно перевести как «полярная гиперборейская пиявка». До сих пор у нас в руках есть только две выборки этого червя, одна собрана на острове Колгуев, другая — на плато Путорана, что на юге Таймыра. Весь материал по новому виду ограничен всего тремя особями. Даже странно, как эту крупную и характерную пиявку не обнаружили наши предшественники, хотя история изучения пиявок российской Арктики насчитывает почти два века.

Одно из возможных объяснений состоит в том, что этот вид является реликтом Арктики, он древен, очень редок и обитает лишь в труднодоступных местах. Мы не исключаем, что в будущем гипербореомизон будет найден где-нибудь в высокогорьях Азии, таких как Верхоянский хребет, Саяны или Алтай. Именно в этих горах имеются «убежища», где сохранились другие реликты ледникового периода, к которым, вероятно, относится и открытая нами пиявка. О том, что такая «история с географией» вполне возможна, показывает и описанный в начале сюжет с «балканской» пиявкой, которая тоже оказалась скорее гиперборейской по своему распространению.

Пиявки-глоссифонииды оказались рекордсменами в еще одном отношении. Самые северные выборки пиявок, учтенные в нашей базе данных, были собраны на 72° северной широты в районе поселка Хатанга на Таймырском полуострове. До этих высоких широт доходят четыре вида семейства: Glossiphonia balcanica, G. concolor, G. mollissima и Helobdella stagnalis. Есть непроверенные пока данные, что какие-то пиявки обитают и в гигантском озере Таймыр, лежащем еще севернее, на 74–75° северной широты. В любом случае таймырские пиявки являются самыми северными, «самыми арктическими» представителями этой группы в масштабах всего земного шара. Это ставит перед исследователями ряд интересных вопросов о том, какие приспособления должны были они выработать, чтобы проникнуть так далеко к северу.

Меланизм имеет значение

Возможно, одним из таких приспособлений является так называемый высокоширотный меланизм, впервые отмеченный нами у пиявок этого семейства. Вообще, меланизмом принято называть наличие темноокрашенных форм в составе какого-нибудь вида (кошки и собаки черной масти, люди-брюнеты или вовсе чернокожие и т. д.). Сразу у нескольких видов улитковых пиявок, собранных нами в водоемах Арктики, доля таких меланистических особей в популяции оказалась необычно велика. Поскольку это было выявлено не у одного вида, то речи о простой случайности быть не может. Но что заставляет пиявок в высоких широтах проявлять тенденцию к потемнению окраски? Чтобы ответить на этот вопрос, нужны специальные экспериментальные исследования. Пока же мы можем предложить лишь несколько гипотетических объяснений.

Известно, например, что у наземных и водных членистоногих частота встречаемости темноокрашенных особей увеличивается с широтой и высотой местности. По-видимому, темный цвет тела выгоден тем, что поглощает больше солнечного тепла, что полезно в высоких широтах, а также может защищать от ультрафиолетового излучения, что дает преимущество в горах. Можно представить, что и наши высокоширотные «брюнеты» могут получать выгоду в таком же отношении. Или же в арктических озерах со сравнительно темной водой они меньше заметны потенциальным хищникам? Надеемся, и это когда-нибудь будет выяснено.

Исследование арктических пиявок выполнено при поддержке Российского научного фонда, проект №19-14-00066-П

Максим Винарский, профессор Санкт-Петербургского государственного университета, зав. лабораторией макроэкологии и биогеографии беспозвоночных