Зоологический журнал: Генетические основы адаптации травяной лягушки к условиям Камчатки
Сотрудники нашей кафедры продолжают многолетние исследования по изучению адаптации травяной лягушки (Rana temporaria) к новым климатическим условиям на Камчатке. В ходе работы им удалось выявить возможные генетические механизмы, лежащие в основе быстрой адаптации этого вида к значительно более короткому теплому сезону.
Весной 2005 года в Московской области, сразу после выхода из зимовки, были отловлены неполовозрелые особи травяной лягушки. В начале мая их выпустили на юге Камчатки. Несмотря на то что продолжительность теплого сезона там примерно на два месяца короче, чем в местах исходного обитания, лягушки успешно выжили, достигли половой зрелости и уже в последующие годы начали размножаться, сформировав новую популяцию.
К 2015 году численность самок в этой популяции превышала 2,5 тысячи особей, а также наблюдалось расселение вниз по течению реки и формирование новых локальных популяций. Ранее было показано, что, несмотря на сокращённый период активности, большинство камчатских лягушек достигает половой зрелости уже после трёх зимовок — как и особи из Московской области, — однако рост и развитие головастиков до метаморфоза происходят значительно быстрее.
Новое исследование, выполненное Сергеем Марленовичем Ляпковым и Викторией Александровной Скобеевой, показало, что более высокая скорость роста и развития личинок камчатской популяции соответствует изменению состава аллелей локуса RC08604, расположенного в регуляторной области гена тиреоидного рецептора TRβ. Известно, что этот ген участвует в регуляции метаморфоза у амфибий, и ранее для близкородственного вида — остромордой лягушки (Rana arvalis) — уже было показано влияние естественного отбора на частоты аллелей этого локуса в популяциях, обитающих в районах с различной среднегодовой температурой.
Сравнение аллельного состава микросателлитных локусов у лягушек из Камчатки и Московской области показало, что значимые различия между популяциями обнаружены только для локуса RC08604, тогда как по остальным локусам генетическая дифференциация (по Fst) несущественна. Этот результат согласуется с наблюдаемыми фенотипическими различиями — ускоренным ростом и развитием камчатских личинок даже при выращивании в одинаковых лабораторных условиях.
Таким образом, выявленные различия свидетельствуют о быстрой адаптации камчатской популяции травяной лягушки к специфическим климатическим условиям региона, возникшей всего за 10 лет — не более чем за 3–4 поколения после интродукции.
Результаты исследования опубликованы в Зоологическом журнале: ЛЯПКОВ С. М., СКОБЕЕВА В. А. АДАПТАЦИЯ ЛИЧИНОЧНОГО РАЗВИТИЯ ТРАВЯНОЙ ЛЯГУШКИ (Rana temporaria) К УКОРОЧЕННОМУ СЕЗОНУ АКТИВНОСТИ И ЕЕ ВЕРОЯТНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ // Зоологический журнал. — 2025. — Т. 104, № 9. — С. 21–25.
Результаты эволюционного эксперимента на плодовых мушках
На нашей кафедре в 2014 года по инициативе и под руководством дбн Александра Владимировича Маркова был начат долгосрочный эволюционный эксперимент, в ходе которого мушки Drosophila melanogaster содержатся на кормах разных типов: благоприятном (Н-линии), соленом с 4% или 7% соли (4С- и 7С-линии) и крахмальном (обедненном) в нескольких повторностях (Н1-, Н2-, 4С1- и т.д). Целью эксперимента является оценка хода приспособления мушек к питанию и воспроизводству на неблагоприятных кормах. За прошедшие десять лет с начала эксперимента были получены интересные и разносторонние результаты. Показано, что приспособление осуществляется за счет разных механизмов, одним из которых является изменение микробиома мушек. В четвертом номере «Журнала общей биологии» опубликована статья с новыми результатами эксперимента. Авторы оценили наличие общих трендов в адаптации мушек к соленому корму и вклад в адаптацию трех разных факторов: микробиом адаптированных мушек, экспериментальная линия (Н-, 4С- или 7С-линии) и индивидуальная экспериментальная траектория конкретной линии мушек (т.е. повторность). Провести такое исследование стало возможно при сопоставлении повторностей эксперимента. После пяти лет эксперимента мушек протестировали по специальной схеме, чтобы выделить влияние всех трех указанных факторов.
Показано, что в процессе адаптации к постепенно нарастающей концентрации поваренной соли (от 0 до 7%) в корме мушек показатели общей приспособленности (общее количество потомков-имаго на неблагоприятной среде и скорость их развития на ней же) могут изменяться как линейно (рост количества потомков-имаго), так и нелинейно (вариации скорости развития). Оценка значимости вклада различных факторов в адаптацию показала, что микробиом мушек, экспериментальная линия и индивидуальная экспериментальная траектория конкретной линии (повторность) мушек вносят каждый свою долю в повышение приспособленности мушек в эксперименте.
Источник: Панченко П. Л., Перфильева К. С., Корнилова М. Б. Эволюционные тренды в адаптации плодовых мушек Drosophila melanogaster и их симбиотического микробиома к кормовым средам с различными концентрациями nacl // ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ. — 2025. — Т. 86, № 3. — С. 210–226. DOI: 10.31857/S0044459625030056, EDN: BIPQQG
Синопсис к статье на сайте «Элементы большой науки»: читать синопсис (ссылка).
|
Гибридизация у партеногенетических агам-бабочек Юго-Восточной Азии
Выпускница нашей кафедры Наталия Сопилко и магистрант Евгений Ирышков совместно с соавторами опубликовали результаты исследования гибридизации у преимущественно партеногенетических агам-бабочек рода Leiolepis из Юго-Восточной Азии.
Облигатный партеногенез — редкое явление среди позвоночных, но у некоторых групп рептилий он встречается, чаще всего возникая в результате межвидового скрещивания. В роду Leiolepis из 11 известных видов четыре являются партеногенетическими, однако их происхождение до конца не было изучено.
Исследование показало, что партеногенетические виды L. ngovantrii и L. boehmei имеют диплоидный набор хромосом, а L. guentherpetersi и L. triploida — триплоидный. Полиплоидизация, вероятно, произошла в результате возвратного скрещивания с одним из родительских видов.
Во время экспедиции 2023 года на побережье Вьетнама, недалеко от г. Дананг, была обнаружена гибридная агама-бабочка с морфологическими признаками, близкими к L. guentherpetersi. Кариотипирование и генетический анализ выявили, что этот гибрид оказался тетраплоидным.
Авторы реконструировали последовательные события гибридизации, приводившие к повышению уровня плоидности. Первая гибридизация привела к появлению триплоидного L. guentherpetersi, а вторая — к образованию тетраплоидного гибрида.
Это исследование опровергло предыдущие гипотезы о происхождении L. guentherpetersi и показало, что этот триплоидный вид возник в результате возвратного скрещивания гибрида обоеполых видов L. guttata и L. reevesii с L. guttata.
Поздравляем авторов с публикацией и важным вкладом в изучение эволюции партеногенеза у рептилий!
Galoyan, E., Nazarov, R., Altmanová, M. et al. Natural repeated backcrosses lead to triploidy and tetraploidy in parthenogenetic butterfly lizards (Leiolepis: Agamidae). Sci Rep 15, 3094 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-024-83300-y
Переход фитофага на инвазионное растение: матмодель
Сотрудники нашей кафедры Лена Устинова и Сергей Лысенков опубликовали новую статью в журнале "Кавказский энтомологический бюллетень". В своей работе они с помощью математического моделирования исследовали эволюционный сценарий: как может распространяться мутация, позволяющая фитофагам эффективно питаться инвазивными растениями наряду с местными.
Исследование показало, какие факторы влияют на скорость перехода насекомых на новый пищевой ресурс. Например, для того чтобы мутация быстро закрепилась, инвазивное растение должно быть не менее многочисленным, чем местное. Важную роль играет генетический багаж популяции: если нужный аллель уже присутствует в качестве нейтральной изменчивости, он может быстро распространиться при появлении инвазивного вида. Дополнительно, процессу адаптации способствует ассортативное скрещивание.
Этот пример демонстрирует, насколько мощным инструментом является математическое моделирование в эволюционной биологии. Оно позволяет анализировать сложные механизмы и выявлять ключевые факторы, влияющие на динамику биологических систем.
Ustinova E. N., Lysenkov S. N. How many generations does it take for phytophages to colonize invasive plants?: Mathematical modeling predictions // Кавказский энтомологический бюллетень. — 2024. — Vol. 20, no. 2. — P. 315–323.
Скелетохронология как метод определения возраста
Как определить возраст и темпы роста позвоночных?
Все знают, что возраст дерева можно определить по годовым кольцам на спиле ствола. Но мало кто задумывался, что похожие годовые слои формируются и в костях позвоночных животных. Особенно это характерно для амфибий и рептилий, у которых рост периодически замедляется или полностью останавливается. У холоднокровных животных, обитающих в умеренном климате, такие линии возникают из-за зимней спячки, которая может длиться до 9 месяцев в году. У тропических видов рост может останавливаться в засушливые периоды.
Эти линии остановки роста позволяют не только определить возраст, но и оценить темпы роста животного, а также ретроспективно узнать размеры особи в разные периоды её жизни. Для исследования таких линий используют окрашенные срезы трубчатых костей. Примечательно, что фаланги пальцев позволяют определять возраст прижизненно, без вреда для животного.
Этой интересной теме посвящён литературный обзор сотрудника нашей кафедры Сергея Марленовича Ляпкова, опубликованный в «Зоологическом журнале». В нём подробно описаны:
- Принципы метода скелетохронологии.
- Его применение для изучения амфибий и рептилий.
- Практические аспекты для биологов и зоологов, ещё не знакомых с этим методом.
Этот обзор — отличное руководство для тех, кто хочет глубже изучить механизмы роста и адаптации холоднокровных позвоночных.
Ляпков С.М. Скелетохронология амфибий и рептилий: основы методологии, разнообразие задач и перспективы // Зоологический журнал. - 2024. - Т. 103. - №6. - C. 31-44. doi: 10.31857/S0044513424060028