Исследователи из Окинавского института науки и технологий Высшего университета (OIST) раскрыли эволюционную историю морской звезды с терновым венцом - хищника кораллов, который может опустошать коралловые рифы. Их результаты проливают свет на то, как популяции этих морских звезд менялись с течением времени, и потенциально могут помочь уменьшить их экологическое разрушение.
Одиночная морская звезда терновый венец грозна, с большим телом, покрытым остроконечными ядовитыми шипами. Но их истинная опасность заключается в их мощной репродуктивной способности: самки морских звезд с терновым венцом выпускают миллионы икринок за один нерест. Это может быстро привести к эпидемиям, когда бесконтрольно большое количество морских звезд быстро уничтожает огромные площади коралловых рифов.
«Почти 40 лет назад Окинава пережила массовую вспышку появления морских звезд с терновым венцом, когда дайверам пришлось вручную выловить более 1,5 миллиона морских звезд», - сказал профессор Нориюки Сато, старший автор студенческой и руководитель отдела морской геномики в OIST.
Хотя вспышки в последнее время стали реже вокруг Окинавы и других субтропических островов архипелага Рюкю, они становятся все более серьезной угрозой для Большого Барьерного рифа в Австралии, наряду с обесцвечиванием кораллов и тропическими циклонами. Эти вспышки морских звезд становятся все более распространенными и более серьезными, поскольку все более загрязненные и более теплые воды способствуют выживанию личинок.
В 2017 году подразделение морской геномики OIST объединилось с австралийскими учеными для расшифровки генома морской звезды с терновым венцом, и их результаты были опубликованы в журнале Nature. Теперь, в своем последнем исследовании, опубликованном в G3: Genes|Genomes|Genetics, подразделение морской геномики хотело выяснить, была ли записана какая-либо информация в геномах морских звезд, которая могла бы пролить свет на то, как и почему происходят эти вспышки.
Исследователи собрали морских звезд с терновым венцом на коралловых рифах вокруг трех разных островов архипелага Рюкю - Окинава, Мияко и Ириомотэ. Затем ученые секвенировали всю ДНК, обнаруженную в митохондриях, состоящую из более чем 16 000 нуклеотидных оснований, и использовали различия в последовательностях между отдельными морскими звездами для построения эволюционного дерева..
Установка также провела такой же анализ двух других видов морских звезд - синей морской звезды и северной тихоокеанской морской звезды. Сравнивая морскую звезду с терновым венцом с этими двумя другими видами, ученые надеялись увидеть, выявили ли их выводы что-то уникальное для морской звезды с терновым венцом.
«Синяя морская звезда также является хищником коралловых рифов, который живет в той же среде обитания, что и морская звезда с терновым венцом, но она не вызывает таких неконтролируемых вспышек», - сказал профессор Сато. «Между тем северная тихоокеанская морская звезда является самой распространенной морской звездой в Японии и обитает в более холодных водах вокруг материковой части Японии».
Ученые обнаружили, что эволюционное древо северной тихоокеанской морской звезды показало, что этот вид разделился на две основные линии. Морские звезды, собранные в трех разных местах в морях вокруг северо-восточных регионов Японии, состояли из особей одной линии, в то время как единственная популяция во Внутреннем море Сето на юго-западе Японии была сформирована из особей второй, более поздней линии..
"Мы считаем, что в результате редкой миграции личинки морских звезд рассеялись во Внутреннее море Сето. Поскольку эти две области так разделены, впоследствии между двумя популяциями не произошло миграции, что привело к разделению вида на две линии. ", - сказал проф. Сато. «В то же время более короткие океанские течения заставляли особей первой линии смешиваться между близлежащими местами на северо-востоке Японии».
Для синей морской звезды результаты оказались более неожиданными. Построенное эволюционное дерево показало, что вид сначала разделился на две линии, а вторая линия затем снова разделилась на две более мелкие подгруппы. Но любопытно, что особи двух основных родословных были обнаружены как на Окинаве, так и на Исигаки - в двух районах Рюкю, где собирали голубых морских звезд. Это означает, что две разные популяции морских звезд живут в одних и тех же географических регионах, но не размножаются и не смешивают свои гены. Профессор Сато считает, что это убедительное доказательство существования двух загадочных видов синих морских звезд - другими словами, морские звезды выглядят одинаково, несмотря на то, что они являются отдельными, не размножающимися видами.
Результаты также показывают, что миграция голубых морских звезд происходит в обоих направлениях между Окинавой и Исигаки. Это было неожиданно, так как ранее ученые предполагали, что мощное северо-восточное течение, текущее из Исигаки в сторону Окинавы, препятствует переносу личинок морских звезд в обратном направлении.
«Миграция легко происходит в обоих направлениях, это говорит о том, что океанские течения на архипелаге Рюкю могут быть более сложными, чем предполагалось ранее», - сказал профессор Сато.
Результаты эволюционного древа морских звезд с терновым венцом также подтвердили идею сложных океанских течений в регионе, при этом каждая родословная морской звезды с терновым венцом также встречается более чем в одном географическом месте. Это имеет важное значение для прогнозирования новых вспышек тернового венца на Рюкю, и теперь исследователи выступают за лучшее понимание океанских течений в этом районе.
В целом, эволюционное древо морской звезды с терновым венцом значительно отличалось от двух других морских звезд, что лежало в основе ключевых различий в исторической динамике популяций этого вида. Несмотря на то, что это гораздо более молодой вид, чем два других вида, отделившийся менее миллиона лет назад, дерево показало, что морская звезда быстро разделилась на пять небольших линий. Эти данные свидетельствуют о том, что этот вид часто сталкивался с генетическими узкими местами, когда популяция сокращалась до небольшого числа особей, которые затем запускали новую родословную..
"Это означает, что вспышки морских звезд являются лишь частью более крупного демографического цикла "бум и спад", где, если их оставить наедине со своими естественными приспособлениями, морские звезды съедят так много кораллов, что у них закончится еда и умереть», - сказал профессор Сатох.
Для своих следующих шагов подразделение морской геномики сотрудничает с австралийскими учеными для анализа морских звезд с терновым венцом с Большого Барьерного рифа. Вместо того, чтобы просто использовать ДНК в митохондриях, ученые стремятся секвенировать весь геном каждой морской звезды, включая ДНК в ядре.
«В конечном счете, мы надеемся, что наши результаты помогут нам лучше понять тенденции популяций морских звезд и роль океанских течений в возникновении новых вспышек», - заключил профессор. Сато. «Это потенциально может помочь нам предсказать и, следовательно, смягчить последствия будущих вспышек».