Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В 2018 году при поддержке РНФ были проведены работы по исследованию двух важных групп пелагических ракообразных - креветок семейства Oplophoridae и криля (отряд Euphausiacea). Целью работы было проанализировать особенности внешнего строения (морфологии), биоразнообразие и эволюцию этих групп и выстроить их естественную (филогенетическую) классификацию. И для креветок-оплофорид, и для эуфаузиид были использованы два основных подхода – морфологический и молекулярно-генетический. Морфологический анализ для обеих групп был проведен по одной методике. В обоих случаях мы включили в исследование все описанные на сегодняшний день виды групп. Для 14 видов оплофорид было идентифицировано и описано 85 морфологических признаков, для 86 видов отряда Euphausiacea было идентифицировано и описано 168 признаков. В итоге для каждой из групп была построена матрица, где каждому виду соответствовал набор признаков. Анализ такой матрицы позволяет построить кладограмму – дерево, где каждая веточка представляет собой отдельный вид, большая ветвь соответствует таксону более высокого ранга (например роду), а взаимное расположение ветвей позволяет судить об эволюционной близости видов. Надежность каждой ветви подтверждается статистически. Морфологический анализ семейства Oplophoridae показал, что в составе семейства присутствуют три монофилетических (статистически достоверно ведущих свое происхождение от единого предка) рода - Janicella, Oplophorus и Systellaspis. Мы выяснили, какие именно морфологические особенности вносят основной вклад в эволюцию семейства, для чего была разработана отдельная статистическая процедура. В результате исследования впервые выделено 4 новых группы видов (независимо морофологическими и молекулярно-генетическими методами) самого массового рода этого семейства - Systellaspis. Мы проанализировали, какие именно признаки вносят наибольший вклад в эволюцию группы и как они коэволюционируют. Например, признаки, связанные со строением карапакса, абдомена и экзоподитов, связаны функционально с локомоцией и защитой и эволюционируют как единое целое. Другой пример - вооружение последних трёх пар грудных конечностей, эта группа признаков тоже эволюционировала как единое целое и независимо от других признаков, что возможно связано с другой функцией – грумингом и/или спариванием. На основании данных молекулярного анализа высказано предположение о возможном криптическом видообразовании внутри видов Oplophorus gracilirostris и Systellaspis debilis. Важнейшим результатом исследования криля является построение естественной (филогенетической) систематики группы. Проведённые нами независимые анализы двух типов (морфологический и молекулярный) показали наличие трёх новых для науки подсемейств (Nematoscelinae, Euphausiinae, Thysanopodinae, все описаны и диагносцированы) и филогенетическую валидность (монофилетичность) всех родов кроме Thysanopoda (пока не подтверждается молекулярными методами). Основные клады эуфаузиид поддержаны синапоморфиями – признаками, которые объединяют все виды, входящие в состав крупной ветви (клады). Морфология отряда Euphausiacea весьма разнообразна и синапоморфии, обуславливающие ветвление дерева и образование крупных ветвей, относились к разным группам признаков. Для удобства были выделены 9 групп признаков, которые обеспечивают разделение семейств на рода: 1. строение карапакса (Pseudeuphausia, Thysanoessa, Meganyctiphanes), 2. строение антеннулы (Thysanopoda, Nematobrachion, Pseudeuphausia, Meganyctiphanes), 3. строение глаз (Nematobrachion, Stylocheiron, Nematoscelis, Tessarabrachion), 4. строением ротовых частей (Thysanopoda, Stylocheiron), 5. строение передних торакоподов (грудных ног) (Nematobrachion, Nematoscelis, Thysanoessa, Meganyctiphanes, Tessarabrachion), 6. строение задних торакоподов (грудных ног) (Thysanopoda), 7. строение фотофоров (органов свечения) (Stylocheiron), 8. строение петазмы – мужского репродуктивного органа(Nematobrachion, Euphausia, Pseudeuphausia, Stylocheiron, Thysanoessa, Nyctiphanes, Meganyctiphanes, Tessarabrachion). На видовом уровне ветвление происходит в основном за счет синопоморфий, связанных с морфологией карапакса, плеона, стебелька аненнул, передних торакоподов, фотофоров и петазмы. Ветви уровня семейств и подсемейств поддержаны синапоморфиями, ассоциированными со строением задних пар торакоподов, уроподов, фотофоров и топологией копуляторных структур. Отдельно показано, что копуляторные (связанные с процессами размножения) признаки оказывают сильное влияние на филогению отряда: когда признаки, связанные со строением петазмы были удалены из анализа, количество поддержанных клад уменьшилось в два раза – с 16 до 8. Большая часть родов (Pseudeuphausia, Euphausia, Nyctiphanes и Thysanoessa) потеряли статистическую поддержку, поддержка остальных значительно ослабла. Монофилия родов Pseudeuphausia, Euphausia, Nyctiphanes, Thysanopoda и Thysanoessa подтверждается только при использовании в анализе копуляторных признаков. Сравнение результатов морфологического и молекулярно-генетического анализов показывает, что совместное использование этих методов позволяет более достоверно и с более высоким разрешением строить эволюционные модели групп, населяющих экосистемы океанской пелагиали. На этой основе была создана естественная классификация важных групп планктонных ракообразных и оценены их общие эволюционные тренды при освоении толщи вод Мирового океана.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Второй год выполнения проекта «Эволюция и биоразнообразие планктонных эукарид: креветок и криля» был посвящен в основном пелагическим креветкам семейства Benthesicymidae. Целью работы было проанализировать особенности внешнего строения (морфологии), биоразнообразие и эволюцию креветок этого семейства и выстроить их естественную классификацию с использованием морфологических и молекулярно-генетических методов. До недавнего времени в состав этого семейства входило пять родов - два пелагических (мезопелагический род Gennadas и большей частью батипелагический род Bentheogennema), два бентопелагических батиальных рода (Benthesicymus и Benthonectes) и один глубоководный род - Altelatipes. Исследование морфологии и филогении данного семейства предполагает определенные сложности, связанные как с особенностями распространения этих креветок, так и с их строением. За исключением рода Gennadas, довольно массового и широко распространенного в мезопелагиали, остальные рода семейства обитают на труднодосягаемых глубинах и в отдалённых районах океана, возможность получить материал из которых ученым представляется довольно редко. Имеющиеся в коллекциях зоологических музеев Европы и Америки образцы зачастую имеют возраст в несколько десятилетий, что создает существенные проблемы для использования молекулярно-генетических методов, весьма чувствительных к возрасту материала. Кроме того, даже в свежем материале представители Benthesicymidae часто находятся в плохом состоянии из-за того, что при поднятии с глубины мягкие покровы этих креветок сильно повреждаются, обламываются конечности и тельсон, несущие на себе важные диагностические признаки – и это уже, в свою очередь, создает сложности для применения морфологических методов. Тем не менее нами был подобран материал, достаточный для исследования филогении семейства и проведения его таксономической ревизии. Во время первого этапа работы, а именно систематизации и морфологического исследования материала, был обнаружены экземпляры, отличающиеся от известных видов семейства. По этим экземплярам были описаны два новых вида - Bentheogennema corbariae sp. nov. и B. torbenwolffi sp. nov. (Lunina et al, 2019). Один из видов был представлен достаточно свежим спиртовым материалом, позволяющим провести молекулярно-генетический анализ (см. далее) и подтвердить валидность вида. Второй новый вид был изучен только морфологически, так как материал был собран более 60 лет назад в ходе датской экспедиции «Галатея» и не мог быть использован для молекулярно-генетического анализа. Новые виды B. corbariae и B. torbenwolffi были включены в филогенетический анализ вместе с остальными видами рода Bentheogennema, а также родами Benthesicymus, Benthonectes, Altelatipes и Gennadas. Методика проведения филогенетического анализа на основании морфологических данных была отработана нашим коллективом ранее, как в рамках данного проекта РНФ, так и при проведении предварительных исследований (Lunina et al., 2018: Vereshchaka et al., 2017). После исследования внешней морфологии всех видов семейства было идентифицировано и описано более 90 морфологических признаков, подходящих для использования в филогенетическом анализе. Следующий шаг анализа – построение матрицы, в которой для каждого вида семейства закодировано соответствующее состояние признака. Анализ такой матрицы позволяет построить кладограмму – дерево, где каждая ветвь представляет собой отдельный вид, клада (кластер ветвей) соответствует таксону более высокого ранга (например роду), а взаимное расположение ветвей позволяет судить об эволюционной близости видов. Надежность каждой ветви (то есть вероятность того, что эволюция группы шла именно таким образом, как позиционирована ветвь на данном дереве) подтверждается объективными статистическими показателями - поддержками. Параллельно с морфологическими исследованиями был проведен молекулярно-генетический анализ. ДНК была выделена для 29 видов семейства Benthesicymidae из 40. Так как около половины видов были представлены только музейными экземплярами возрастом более 20 лет, то для успешного получения ДНК было проведено порядка 120 выделений. Самые старые образцы, для которых ДНК была выделена успешно и в достаточном количестве, датируются 1977 г. Успех и информативность молекулярно-генетического анализа зависит от выбора генетических маркеров – участков ДНК, с помощью которых производится оценка степени родства таксонов. Для исследования филогении родов Bentheogennema, Altelatipes, Benthesicymus и Benthonectes мы использовали четыре генетических маркера, ранее опробованные при исследовании филогении другого семейства пелагических креветок Oplophoridea: митохондриальные маркеры 16S rRNA (~550 bps) и COI (~ 650 bps), и ядерные маркеры 18S rRNA (~1800 bps) и H3(~ 330 bps). Одной из основных задач [филогенетических] ревизий является приведение систематики таксона к максимально естественному состоянию через выявление монофилетических и не-монофилетических групп внутри таксона. Все члены монофилетической группы имеют общего предка, такая группа считается естественной и должна быть сохранена. Не-монофилетические группы нуждаются в пересмотре и изменении таксономического статуса их членов. В результате проведенных филогенетических анализов стало ясно, что семейство Benthesicymidae нуждается в таксономической ревизии. По результатам ревизии намы было описано 5 новых родов креветок: Boreogennema, Altecaris, Trichocaris, Dalicaris и Maorrancaris. Названия последних двух родов связаны с необычной формой их репродуктивных органов, напоминающих картины С. Дали (Dalicaris) и любимого персонажа сказок Туве Янссон Морру (Maorrancaris).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Третий год выполнения проекта «Эволюция и биоразнообразие планктонных эукарид: креветок и криля» был посвящен в основном пелагическим креветкам семейства Acanthephyridae. Это панокеаническое семейство, представители которого населяют мезо- и батипелагиаль, то есть глубины океана от нескольких сотен метров до 3-4 км, отдельные виды встречаются в зонах гидротерм. Эти довольно крупные, яркие креветки вносят основной вклад в биомассу планктонных сообществ. Хотя их морфологии и распространению было посвящено немало научных исследований, до настоящего момента не было работ, анализирующих филогению семейства с включением всех известных видов мировой фауны. Целью работы было проанализировать особенности внешнего строения (морфологии), биоразнообразие и эволюцию креветок этого семейства и выстроить их естественную классификацию с использованием морфологических и молекулярно-генетических методов. Одной из основных задач филогенетических ревизий является приведение систематики таксона (в данном случае – семейства) к максимально естественному состоянию через выявление монофилетических и не-монофилетических групп внутри таксона. Все члены монофилетической группы имеют общего предка, такая группа считается естественной и должна быть сохранена. Не-монофилетические группы нуждаются в пересмотре и изменении таксономического статуса их членов. На момент начала исследований в состав семейства входило 55 видов: 27 видов рода Acanthephyra, шесть видов Ephyrina, два вида рода Heterogenis, четыре вида Hymenodora, монотипический род Kemphyra, шесть видов Meningodora и девять видов рода Notostomus. Среди этих видов есть как часто встречающиеся, так и редкие виды, почти не представленные в биологических коллекциях. Имеющиеся в коллекциях зоологических музеев Европы и Америки образцы зачастую имеют возраст в несколько десятилетий, что создает существенные проблемы для использования молекулярно-генетических методов, весьма чувствительных к возрасту материала. Тем не менее, нами был подобран материал, достаточный для исследования филогении семейства и проведения его таксономической ревизии. Методика проведения филогенетического анализа на основании морфологических данных была отработана нашим коллективом ранее, как в рамках данного проекта РНФ, так и при проведении предварительных исследований (Lunina et al., 2018: Vereshchaka et al., 2017). После исследования внешней морфологии всех видов семейства было идентифицировано и описано более 90 морфологических признаков, подходящих для использования в филогенетическом анализе. Следующий шаг анализа – построение матрицы, в которой для каждого вида семейства закодировано соответствующее состояние признака. Анализ такой матрицы позволяет построить кладограмму – дерево, где каждая ветвь представляет собой отдельный вид, клада (кластер ветвей) соответствует таксону более высокого ранга (например, роду), а взаимное расположение ветвей позволяет судить об эволюционной близости видов. Надежность каждой ветви (то есть вероятность того, что эволюция группы шла именно таким образом, как позиционирована ветвь на данном дереве) подтверждается объективными статистическими показателями - поддержками. Параллельно с морфологическими исследованиями был проведен молекулярно-генетический анализ. Выделение ДНК было проведено для 43 видов семейства Acanthephyridae из 55. Так как часть видов были представлены только музейными экземплярами возрастом в несколько десятков лет, то получить ДНК удалось для 34 видов. С учетом полученных нами и заимствованных из баз данных сиквенсов (прочитанных последовательностей генетического кода), молекулярный филогенетический анализ был проведен для 39 из 55 видов семейства и включал все рода. Успех и информативность молекулярно-генетического анализа зависит от выбора генетических маркеров – участков ДНК, с помощью которых производится оценка степени родства таксонов. Для исследования филогении Acanthephyridae были использованы 6 генетических маркеров. Проведенные исследования позволили актуализировать информацию о морфологии семейства Acanthephyridae. Морфологические и молекулярно-генетические анализы дали удивительно близкие результаты Выполненный филогенетический анализ семейства Acanthephyridae позволил выявить ряд проблем в систематике семейства в ее текущем состоянии. Крупнейший род семейства Acanthephyra не имеет достаточной статистической поддержки ни на молекулярных, ни на морфологических деревьях. Это означает, что в действительности виды, на данный момент входящие в состав этого рода, относятся не к одному, а к разным родам. В то же время по молекулярным данным в составе рода подтверждено существование трех групп видов - “Acanthephyra armata +Kemphyra”, “Acanthephyra media” и “Acanthephyra purpurea”. Возможно, стоит рассмотреть вопрос о выделении этих групп видов в отдельные рода, но для этого требуются дополнительные морфологические исследования. Не подтверждена монофилия (наличие единого общего предка) рода Meingodora, что говорит о необходимости более глубокого исследования рода и вероятности изменения таксономического статуса некоторых видов, а именно присвоения им статуса новых родов. Остается открытым вопрос о статусе рода Hymenodora в семействе и о внутренней филогении последнего, так как в ходе молекулярных анализов в 2020 г. обгаружено несколько изолированных криптических клад (почти неотличимых по морфологии, но сильно отличающихся по генетическим маркерам). В 2020 г. мы продолжили исследования микроэволюционных процессов в пределах мезопелагического рода Nematoscelis (Euphausiacea). Вообще говоря, эволюционные процессы диверсификации пелагических видов почти не изучены, в частности из-за высоких скоростей потоков генов в открытом океане. Для изучения процессов аллопатрического видообразования мы использовали морфологический, молекулярно-генетический и филогеографический подход и выявили три последовательные стадии видообразования: (1) географически изолированные популяции, различающиеся только митохондриальным геном COI (N. megalops и клады N. tenella); (2) то же что и стадия 1, но с добавлением морфологических различий (клады N. microps и N. atlantica); (3) то же что и стадия 2, но с добавлением генетичесих различий в ядерном гене H3 (клады N. tenella). Наши результаты показали аллопатрическое видообразование в пелагиали соответствующее dispersal-limiting модели. Мы подтвердили аллопатрическое видообразование в мезопелагиали и показали, что основным драйвером, вероятно, является географическая изоляция в комбинации с гидрологическими барьерами в районе~14-22º N (этот барьер впервые найденный нами в мезопелагиали) и ~30º S. Второй драйвер, препятствующий гибридизации между разошедшими кладами, связан с морфологией: увеличенными фотофорами и хитиновыми «сёдлами» на плеоне самцов. По всей видимости, эти структуры обеспечивают половую селекцию самцов самками. Интересно, что схожие по сруктуре фотофоров и «сёдел» самцы, даже принадлежащие к разным видам, имеют почти не пересекающиеся ареалы, что сводит к минимуму риск ошибки при выборе самца самкой.