Учёные Лавёровского центра и СПбГУ выяснили, как прудовики приспособились к жизни в термальных источниках

География исследований, которые длились около 15 лет, охватывает Камчатку, Байкал, Пым-Ва-Шор (термальное урочище в Ненецком автономном округе), а и также ряд геотермальных зон в Казахстане, Таджикистане, Исландии и Канаде. Как выяснили зоологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН и Санкт-Петербургского государственного университета, проникновение моллюсков-прудовиков в экстремальную для них среду обитания привело к формированию особых экологических рас.

Пресноводные улитки-прудовики занимают достаточно широкую экологическую нишу. Они питаются как живыми растениями, так и разлагающейся органикой (детритом), обеспечивая илообразование в водоемах, и сами служат кормовой базой для рыб и птиц. Это очень распространенное семейство, встречающееся от высоких широт до экватора.

Рис 1.

В условиях умеренной зоны зимой в замерзающем водоеме моллюски погружаются в спячку. Однако геотермальные источники – своеобразная природная среда, для которой характерны круглогодичная высокая температура (может достигать +100 °C, прудовики способны выживать при температуре до +40 °C), высокий уровень минерализации воды и дефицит кислорода. Моллюски в такой среде остаются активными круглый год и могут размножаться во все сезоны. В подобных местообитаниях снижено «давление» хищников и конкурентов, что также создает серьезное экологическое преимущество. Но чтобы существовать в таких специфических условиях живой организм должен выработать определенные адаптации.

– Брюхоногие моллюски – одна из групп беспозвоночных, которая наиболее активно проникает в горячие источники. Популяции прудовиков из термальных источников некоторые ученые описывали как особые виды, живущие только в конкретном водоеме. Но все же было непонятно – уникальные ли это виды или нет. И к тому же термальные популяции обычно невелики по сравнению с популяциями моллюсков, живущих в обычной среде обитания, – в зональных температурных условиях, – отмечает директор Лавёровского центра, член-корреспондент РАН Иван Болотов.

Ученые обратили внимание на морфологические закономерности: прудовики из термальных источников значительно миниатюрнее «соседей» из зональных водоемов, но формы раковин у тех и других – одинаковые.

– Мы статистически изучили размеры, пропорции, формы раковин для того, чтобы понять, меняется ли внешний облик моллюсков, когда они попадают в термальные источники, и сравнивали с теми, что наблюдаются в «нормальных» популяциях тех же самых видов. У шести исследованных термальных видов произошло уменьшение размеров: по сравнению с обычными они стали карликовыми, – сообщил заведующий лабораторией макроэкологии и биогеографии беспозвоночных СПбГУ Максим Винарский.

Генетический анализ моллюсков из разных географических зон продемонстрировал родство особей из термальных источников и зональных водоемов. Впрочем, у прудовиков, заселившихся в «термы», наблюдаются генетические изменения, выраженные в накоплении небольшого числа уникальных нуклеотидных замен.

– Особи прудовиков отсеиваются адаптационным ситом. Моллюски, попадая в термальный источник, начинают медленно к нему приспосабливаться, но не вся популяция, а только особи, способные комфортно себя чувствовать в экстремальных условиях. Начинается генетический отбор по способности выживания в новых условиях. Выжившие особи дают всплеск численности, – подчеркнул ведущий научный Лавёровского центра Александр Кондаков.

Рис 2.

Вспышки размножения отчасти объясняются репродуктивными особенностями прудовиков: они являются гермафродитами и не нуждаются в поиске полового партнера для размножения. Но это не единственное объяснение. Ученые длительное время вели наблюдения за популяциями на Пым-Ва-Шоре, а также провели эксперимент по выращиванию аквакультуры в лабораторных условиях с параметрами среды, максимально близкими к термальным.

– Мы заметили закономерность: если в зональных водоемах моллюски живут два года, то термальные – полгода-год. Через полгода они достигают репродуктивного возраста, не успевая вырасти до стандартных размеров. Круглогодичный цикл без спячки помогает им размножаться быстрее. Но с них взимается своего рода эволюционная «плата»: у моллюсков ускоряется жизненный цикл и они меньше живут, – объясняет ведущий научный сотрудник Лавёровского центра Ольга Аксёнова.

Датировка раковин из травертиновых отложений Пым-Ва-Шора показала, что время вселения и адаптации видов составило около 2,5 – 3 тысячи лет. В этот период моллюски неоднократно заселялись из зональных вод в термальные.

При этом исследователи акцентируют внимание: в термальных источниках обитают не подвиды и не особые виды прудовиков, а экологические расы.

– Это особые внутривидовые образования, возникающие везде, где складываются подходящие условия для жизни. Ареал у прудовиков может быть очень широким, но эти карликовые расы возникают «пятнами» – там, где есть термальные источники. Мы называем эти расы экологическими – потому что их формирование обусловлено специфической средой обитания. И если подвид – это понятие географическое, то здесь мы имеем дело с проявлениями параллельной эволюции, – резюмировал Максим Винарский.

Исследования проведены при поддержке Минобрнауки России (проект № FUUW-2022-0056) и Российского научного фонда (проекты № 19-14-00066/P и № 21-74-10155).

Результаты опубликованы в высокоимпактовом научном журнале.

Рис 3.

Рис 4.

Иллюстрации:

1.Карта, демонстрирующая географическое положение изученных популяций моллюсков-прудовиков. Красными кружками обозначены геотермальные местообитания, синими – обычные зональные водоемы.

2. Раковины прудовика Ampullaceana lagotis из термальных источников Пым-Ва-Шор (справа) и из озера Дияты (Вашуткины озера) (слева) в Ненецком автономном округе. Фото Ольги Аксёновой.

3. Прудовик в термальном источнике Пым-Ва-Шор. Фото Ольги Аксёновой.

4. Термальные прудовики на Камчатке. Фото Ольги Аксёновой.