Генетики ТГУ выяснили, что малярийные комары попали в Европу из Сибири
Ученые Томского государственного университета исследуют эволюцию малярийных комаров, их способность переносить опасные инфекции и адаптироваться к новым условиям для расширения ареала. В рамках международного проекта, поддержанного РНФ (№ 21–14–00182) и другими фондами, генетики «прочитали» геномы 13 видов комаров группы Maculipennis из Америки и Евразии. Ученые выяснили, что распространение насекомых, по вине которых до сих пор ежегодно гибнут сотни тысяч людей, происходило из Северной Америки через Сибирь в Европу. Результаты исследований опубликованы в журнале BMC Biology.
– Реконструкция эволюции малярийных комаров важна не только с фундаментальной точки зрения, но имеет и очень важное практическое значение, – говорит основной исполнитель проекта РНФ, профессор Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов. – Если мы выясним последовательность происхождения видов комаров, то поймем, как менялись геномы и как происходило приспособление к новым условиям. Мы также сможем определять происхождение способности комаров переносить возбудителей опасных инфекций и адаптироваться к новым патогенам.
В рамках проведенных исследований генетики изучили геномы 13 видов малярийных комаров, из них 11 палеарктических (евразийских) и два неарктических из Северной Америки. В том числе был секвенирован геном самого северного вида малярийных комаров – Anopheles beklemishevi, открытого и описанного в Томске в 1976 году профессором кафедры генетики и клеточной биологии БИ ТГУ Владимиром Стегнием (совместно с В.М. Кабановой) и названного в честь выдающегося русского биолога Владимира Николаевича Беклемишева.
– Мы выделили 1271 ген, которые присутствуют в одной копии у всех 13 видов, произошли от общего предка и передавались вертикально в процессе эволюции, – объясняет Игорь Шарахов. – На основе этой информации было построено филогенетическое (эволюционное) древо. В его корнях, как мы и ожидали, оказались два североамериканских вида, которые являются предковыми для остальных 11 видов. Следующим за ними идет An. beklemishevi.
Геномный анализ позволил ученым найти ответ на давний вопрос, каким путем данный вид попал в Сибирь. Ранее существовало две версии: согласно первой – An. beklemishevi «пришел» через Гренландию, когда десятки миллионов лет назад она была связана с Европой. Согласно второй, миллионы лет назад был другой путь, который связывал Америку с Евразией, – Берингов мост, или как его еще называют Берингов перешеек. В настоящее время это Берингов пролив, но несколько раз в истории планеты он превращался в участок суши, соединявший Чукотку с Аляской. По нему мигрировали теплокровные животные, а вместе с ними могли попасть и кровососущие насекомые.
– Аnopheles beklemishevi является предковым видом для всех евразийских видов. Это подтвердилось в данной работе и при помощи анализа филогенетических древ, построенных на основе хромосомных перестроек. Возможно, именно An. beklemishevi или его предок мигрировал из Америки в Евразию, – говорит Игорь Шарахов – В результате более позднего видообразования возникли южные виды Аnopheles sacharovi (злостный переносчик малярии) и Аnopheles martinius. Потом в Европе появились сестринские виды – Аnopheles atroparus и Аnopheles labranchiae. Самыми молодыми оказались Anopheles maculipennis, Anopheles messeae и Anopheles daciae.
Геномный анализ помог ученым и в датировании процессов видообразования. Используя калибровки времени из других работ, удалось установить, что An. beklemishevi и остальные евразийские виды разделились примерно 20 миллионов лет назад. Именно в это время существовал Берингов мост. Гипотеза миграции через Гренландию и Европу идет вразрез с результатами геномного анализа.
Исходя из полученных данных, ученые ТГУ предполагают, что после миграции малярийных комаров через Берингов мост массовые оледенения «отодвинули» малярийных комаров на другие территории, в частности, в Европу, где комары смогли распространиться и закрепиться. Именно там, вероятно, произошло видообразование всех евразийских малярийных комаров и последующее расселение новых видов по территории Евразии.
Чтобы обосноваться в зонах с суровым климатом, например, на территории современной Сибири, малярийным комарам пришлось «включать» сложные адаптационные механизмы. Одним из них является полная диапауза, характерная для северных видов – это приобретенная способность самок впадать в зимнюю спячку.
Дальнейшие исследования помогут получить данные о связи между хромосомными перестройками и устойчивостью малярийных комаров к разным видам стресса. Для малярийных комаров, обитающих в Сибири, такие исследования проводятся впервые.
На фото: ученый Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов. Источник фото: пресс-служба ТГУ