Всего 20 000 лет назад массивный ледяной щит толщиной около километра покрывал всю Северную Европу. Потепление климата освободило Эстонию ото льда 15 000–13 000 лет назад, но потребовалось еще несколько тысяч лет, чтобы растаял весь ледяной покров в Скандинавии, пишет Анти Васемаги, старший научный сотрудник Эстонского университета естественных наук и профессор Шведского университета сельскохозяйственных наук.

По мере таяния льда различные виды начали заселять освободившиеся территории. Птицы прилетели на крыльях, рыба добралась по воде, а большинство млекопитающих – на четырех или двух ногах. Поэтому все виды, обитающие в Эстонии, в некотором смысле являются пришельцами. Вопрос только в том, когда именно они появились и откуда. Ответы могут дать такие дисциплины как филогенетика и филогеография, которые изучают историю, хранящуюся в генах.

Благодаря бурному развитию новых технологий секвенирования ДНК и анализа данных в последние десятилетия стало возможным подробно изучать генетические связи всех живых организмов. Кроме того, исследователи научились точнее расшифровывать информацию, содержащуюся в геномах, чтобы понять, как миграции, хорошие и плохие времена формировали генетическое разнообразие внутри видов.

Регион Балтийского моря как место встречи материнских линий окуня

Чтобы охарактеризовать генетическое разнообразие окуня, эстонские и шведские ученые впервые провели комплексный анализ митохондриальных (мтДНК) и ядерных геномов окуней, собранных в десяти разных странах.

У большинства многоклеточных организмов мтДНК представляет собой кольцевую молекулу, расположенную в митохондриях и кодирующую чуть менее 40 генов. Митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии и имеет более высокий уровень мутаций, чем ядерная ДНК. В результате мтДНК оказалась очень полезным инструментом для понимания эволюции видов.

"В этом исследовании мы обнаружили в общей сложности пять сильно различающихся групп последовательностей, или линий митохондриальной ДНК. Самая древняя из них была найдена в озере Балатон, входящем в бассейн реки Дунай", – рассказывает Виталий Личман, докторант Эстонского университета естественных наук и ведущий автор работы. Используя принцип молекулярных часов, он и его коллеги подсчитали, что пять материнских линий окуня разошлись сотни тысяч лет назад.

"Интересно, что целых три из них были широко распространены в Эстонии и регионе Балтийского моря – следы этих материнских линий ведут в Западную, Центральную и Восточную Европу. Таким образом, регион Балтийского моря можно рассматривать как место встречи эволюционно различных митохондриальных ДНК окуня", – добавляет Личман.

Помимо митохондриального генома, исследователи изучили сотни тысяч однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) в геноме клеточного ядра, которые представляют собой вариации четырех нуклеотидов - аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T). "В результате анализа мы выяснили, что Балтийское море – это не только место встречи давно разошедшихся материнских линий, но и своего рода генетический плавильный котел, где ядерная ДНК была тщательно перемешана в результате колонизации и скрещивания", – говорит Личман.

По его словам, результаты этого исследования являются хорошим примером того, как колонизация новых территорий, ранее покрытых льдом, может привести к увеличению изменчивости, а не к снижению генетического разнообразия.

В настоящее время исследовательская группа работает над еще более обширным геномным анализом окуня, собранного в 30 странах, от Ирландии до Монголии и от Финляндии до Турции. Цель работы – более точно определить дома материнских линий (или рефугиумы) и лучше понять, как глобальное изменение климата влияет на генетическое разнообразие по всему ареалу.

Исследование генома окуня проводилось под руководством профессора Анти Васемаги и профессора Рихо Гросса (Эстонский университет естественных наук) в рамках докторской диссертации Виталия Личмана. Результаты были опубликованы в Journal of Fish Biology.