Пресноводные мидии Северной Америки впечатляюще разнообразны и находятся под большой угрозой. Около 300 видов обитают в США и Канаде, и до 40 видов донных обитателей с твердым панцирем можно встретить на одном участке чистой, быстро текущей реки.
Пресноводные мидии также представляют собой парадоксальную группу: как может так много видов существовать бок о бок, питаясь одной и той же пищей - отложениями, планктоном и другими частицами в толще воды? В других местах в природе несколько видов, как правило, получают преимущество над другими и в конечном итоге побеждают их.
Новый генетический анализ североамериканских пресноводных мидий, проведенный биологами Мичиганского университета, пришел к выводу, что ключом к пониманию сосуществования многих видов пресноводных мидий является характерная экология их микроскопических, недолговечных личинок, а не долгоживущих -жили взрослые.
Самки пресноводных мидий из племени Lampsilini выработали умопомрачительный набор приманок, которые используют мимикрию, чтобы привлечь ближайшую рыбу и «заразить» ее личинками мидий, которые затем метаморфизуются на жабрах или плавниках рыбы, прежде чем упасть на дно реки, несколько недель спустя, в виде молодых мидий. В биологии племя является таксономическим рангом выше рода, но ниже семейства и подсемейства.
Личинки каждого вида лампсилиновых мидий должны заразить определенный вид пресноводных рыб - например, окунь, солнечник, дротик, подкаменщик или барабан, - чтобы завершить свое развитие. Говоря языком экологии, личинки мидий - облигатные паразиты, а рыбы, укрывающие и рассеивающие их, - их хозяева.
Именно эта конкуренция за рыб-хозяев лучше всего объясняет сосуществование нескольких видов лампсилинов, по мнению авторов статьи, опубликованной онлайн 16 ноября в журнале PeerJ.
Большое разнообразие доступных рыб и способность видов мидий нацеливаться на определенных рыб-хозяев со временем привели к специализированному поведению при заражении хозяина и эволюции новых видов посредством процесса, называемого адаптивной радиацией. Исследователи UM.
"Это исследование представляет собой захватывающую новую парадигму эволюции богатой, но находящейся под угрозой исчезновения пресноводной мидии Северной Америки, а также подчеркивает загадочную роль их удивительно сложной и интересной истории жизни личинок в этом процессе. ", - сказал старший автор исследования Диармайд О'Фойгил, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс и куратор Музея зоологии. Ведущим автором исследования является докторант UM Тревор Хьюитт, который выполнил работу для своей диссертации EEB.
Адаптивная радиация - это всплеск эволюции, использующий экологические возможности для создания нескольких новых видов из одного родительского вида.
Адаптивная радиация широко распространена в природе и часто связана с перемещением популяции данного вида в новые места обитания. Особи занимают определенные роли или ниши в этих средах обитания и постепенно становятся отличными от родительских видов и друг от друга.
Известные примеры включают вьюрков Дарвина, гавайских серебряных меченосцев, цихлид из Великих восточноафриканских озер и рек Южной Америки, а также карибских ящериц-анолов.
Но во всех этих случаях основное внимание уделяется взрослым организмам и их адаптации к различным средам обитания и новому образу жизни. По словам Хьюитта, исследование пресноводных мидий является одним из первых, в котором выявлено адаптивное излучение, сосредоточенное на экологических нишах личиночной стадии организма.
«Насколько нам известно, это также первый случай, когда эта выдающаяся модель видообразования - адаптивная радиация - была предложена для линии пресноводных мидий», - сказал Хьюитт.«Кроме того, мы построили первую геномную филогению лампсилина, чтобы поместить разнообразие использования хозяина и стратегии заражения хозяина в надежный эволюционный контекст».
Исследование включало сбор образцов тканей 54 видов лампсилиновых мидий в полевых условиях (с использованием метода нелетальной биопсии) и образцов из музейных коллекций. Геномная ДНК была извлечена из образцов ткани, а затем секвенирована. Затем генетическая информация была использована для построения генеалогического древа лампсилиновых мидий, которое биологи называют филогенией..
Световые мидии были выбраны для исследования из-за их большого видового разнообразия, наличия обширной справочной информации о специфичности рыб-хозяев и, что наиболее важно, потому что лампсилины являются преимущественно специализированными паразитами.
Информация о современных лампсилинах в сочетании с информацией об эволюционных взаимоотношениях, сохранившихся в их ДНК, позволила исследователям проверить предсказание о том, что предпочтения мидий в отношении добычи рыбы, если они сохранятся в течение длительного времени, приведут к адаптивные излучения сосредоточены на их личиночной стадии и характеризуются развитием специализированного инфекционного поведения хозяина.
Результаты подтвердили эту гипотезу и согласовывались с идеей о том, что лампсилиновые мидии можно законно рассматривать как пример адаптивной радиации.
В дикой природе беременные самки лампсилиновых мидий используют два основных типа приманок для привлечения рыбы: мантийные приманки и приманки с выводком.
Некоторые самки размахивают мясистым придатком, называемым мантийной приманкой, которая напоминает гольяна, рака, червя или какое-то другое мелкое существо, которое может захотеть сожрать более крупная рыба. Когда рыба-хищник клюет, вместо легкой еды она получает полный рот паразитических личинок мидий.
Другие ламповые мидии полагаются на приманку с выводком: беременные самки производят студенистую, наполненную личинками массу в форме насекомого, маленькой рыбы или другой добычи, а затем выпускают ее, чтобы она свободно дрейфовала в воде. А другие размножаются без приманки и просто выпускают своих личинок в воду, метод, называемый широковещательным выпуском.
Новое исследование обнаружило доказательства ранней эволюции мантийных приманок у лампсилиновых мидий, при этом приманки с расплодом и стратегии распространения инфекции возникли независимо друг от друга. Наиболее распространенной стратегией была смешанная, при которой мантийные приманки являются преобладающей стратегией заражения, но беременные самки также выпускают простые немиметические приманки с расплодом в конце сезона..
Почти 70% видов пресноводных мидий в США испытывают серьезные проблемы из-за множества факторов, включая загрязнение воды, перекрытие рек и конкуренцию со стороны неместных видов. Паразитическое развитие личинок делает этих мидий еще более уязвимыми, поскольку их дальнейшее существование зависит от здоровья рыбы-хозяина.
США чиновники по охране дикой природы недавно заявили, что 22 вида животных и один вид растений, вероятно, вымерли и должны быть исключены из списка исчезающих видов. Восемь из 23 видов - пресноводные мидии, а шесть из восьми - лампсилины.
Другим автором исследования PeerJ является Аманда Хапонски из Департамента экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс. Финансирование исследования было предоставлено Высшей школой Рэкхема Университета штата Массачусетс, доктором наук Департамента экологии и эволюционной биологии Университета Массачусетса. Премия Нэнси Уильямс Уоллс за полевые исследования и Фонд малакологии Джона Б. Берча зоологического музея UM.