Адаптивная радиация и видообразование у карповых рыб в условиях симпатрии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-14-00218

НазваниеАдаптивная радиация и видообразование у карповых рыб в условиях симпатрии

Руководитель Лёвин Борис Александрович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина Российской академии наук , Ярославская обл

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова адаптивная радиация, эволюция, видообразование, трофический полиморфизм, рыбы, Африка, Азия

Код ГРНТИ34.33.00; 34.03.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы биологии – выявление механизмов формирования биологического разнообразия в группе лучепёрых рыб (Actinopterygii), одной из самых успешных в эволюционном отношении среди позвоночных. В данной группе чаще, чем в других, отмечаются случаи формо- и видообразования в условиях симпатрии, что зачастую приводит к формированию «species flocks», известных в отечественной литературе как «пучки» или «букеты» форм или видов. Возникновение пучков всегда сопровождается более или менее выраженной адаптивной радиацией, то есть эволюцией экологического и фенотипического разнообразия внутри быстро диверсифицирующейся группы. Как правило, адаптивная радиация ведет к фенотипическим и экологическим специализациям и освоению новых ниш. Углубленное изучение феномена адаптивной радиации на модельных группах (вьюрки Дарвина, цихловые и колюшковые рыбы) существенно обогатило эволюционную теорию. Основные объекты предлагаемых исследований – рыбы семейства карповых (Cyprinidae), наиболее богатого по числу видов среди лучепёрых. Перспективность карповых для изучения адаптивной радиации определяется большим разнообразием эволюционного и средового фона, на котором в этой группе возникает данный эволюционный феномен: пучки у карповых дают диплоидные и эволюционно полиплоидные линии, предковой группой могут являться как неспециализированные, так и специализированные виды, радиация может происходить и в озерных, и в речных условиях. Выбранные для изучения три группы карповых – роды Labeobarbus и Garra из Восточной Африки и Schizopygopsis из Центральной Азии – в значительной степени отражают это разнообразие эволюционных условий возникновения адаптивной радиации. Крупные африканские усачи Labeobarbus, образующие множественные пучки форм в изолированных речных бассейнах Эфиопского нагорья, и лжеосманы Schizopygopsis, у которых описан комплекс форм в высокогорном оз. Яшиль-Куль на Памире, являются эволюционными полиплоидами. Карповые рода Garra, давшие радиации в притоках Белого Нила и озере Тана, – эволюционные диплоиды. У Labeobarbus предком каждой из их радиаций была всеядная генерализованная форма, а Garra и Schizopygopsis являются специализированными на родовом уровне перифитонофагами, в их радиациях предковыми формами очевидно являлись широко распространенные специализированные формы. Исследования будут проводиться современными методами морфологии, экологии, генетики и геномики. Впервые адаптивная радиация у карповых рыб будет изучена методами полногеномного генотипирования (высокопроизводительное секвенирование второго и третьего поколений). Современные технологии генотипирования позволяют анализировать геномы видов, не имеющих референсного генома, а также видов с разным уровнем плоидности. Популяционно-геномный анализ, опирающийся на десятки-сотни тысяч однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs), равномерно рассеянных по геному, позволит надежно тестировать гипотезы о степени репродуктивной изоляции между формами, реконструировать темп эволюции и возраст пучков. При изучении расхождения пищевых спектров, наряду с другими методами, будет использован анализ содержания стабильных изотопов азота и углерода в тканях рыб. Мы ожидаем получить результаты мирового уровня, основываясь как на наборе предложенных к использованию методов, так и на особенностях объектов исследования. Множественность независимого возникновения четырех речных пучков усачей Labeobarbus, сходных по составу радиировавших форм, но различных по уровню морфологической и генетической дивергенции, позволит, вероятно, получить временную реконструкцию процесса симпатрического формообразования. Сопоставление сходных эволюционных процессов в линиях карповых с разным уровнем плоидности, позволит оценить роль сложности генома в процессах генетической дивергенции, сопровождающей адаптивную радиацию. Мы надеемся обосновать ответ на вопрос: накладывает ли пищевая специализация предковой формы какие-либо морфологические или экологические ограничения на процессы адаптивной радиации? Также отметим, что большая часть изучаемых нами случаев относится к адаптивной радиации в речных условиях, в то время как уже ставшие классическими работы по цихловым, лососевым, сиговым и колюшковым, основаны на адаптивной радиации в озерах. Соответственно, в результате реализации предлагаемого проекта будут существенно расширены знания о процессах адаптивной радиации у рыб в реках. Коллектив обладает существенным заделом по теме проекта. Многолетние исследования позволили накопить обширный материал по восточноафриканским карповым, имеются сборы лжеосманов с Памира. Установлено множественное независимое происхождение речных пучков эфиопских усачей Labeobarbus. Установлены расхождения пищевых спектров у симпатрических форм. Успешно опробовано полногеномное генотипирование (ddRADseq) на «пучке» форм Garra. Состав коллектива включает высококвалифицированных специалистов, имеющих публикации в высокорейтинговых журналах из первого квартиля (Q1).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лёвин Б.А., Симонов Е.П., Франчини П., Мейер А., Голубцов А.С. Sympatric assemblage of cyprinid fishes of the genus Garra (Cyprinidae) from the Sore River, White Nile basin, East Africa: is it a species flock? Front. Mar. Sci. Conference Abstract: XVI European Congress of Ichthyology, Front. Mar. Sci. Conference Abstract: XVI European Congress of Ichthyology. doi: 10.3389/conf.fmars.2019.07.00059 (год публикации - 2019)
10.3389/conf.fmars.2019.07.00059

2. Лёвин Б.А., Касаль-Лопез М., Симонов Е.П., Дгебуадзе Ю.Ю., Мюге Н.С., Тиунов А.В., Доадрио И., Голубцов А.С. Adaptive radiation of labeobarbs (Labeobarbus; Cyprinidae) in the Genale River, East Africa: is this pure sympatric speciation? Front. Mar. Sci. Conference Abstract: XVI European Congress of Ichthyology. doi: 10.3389/conf.fmars.2019.07.00100, Front. Mar. Sci. Conference Abstract: XVI European Congress of Ichthyology. doi: 10.3389/conf.fmars.2019.07.00100 (год публикации - 2019)
10.3389/conf.fmars.2019.07.00100

3. Лёвин Б.А., Касаль-Лопез М., Симонов Е.П., Дгебуадзе Ю.Ю., Мюге Н.С., Тиунов А.В., Доадрио И., Голубцов А.С. Adaptive radiation of barbs of the genus Labeobarbus (Cyprinidae) in an East African river Freshwater Biology, 64:1721–1736. (год публикации - 2019)
10.1111/fwb.13364

4. Лёвин Б.А., Симонов Е., Дгебуадзе Ю.Ю., Лёвина М.А., Голубцов А.С. In the rivers: Multiple adaptive radiations of cyprinid fishes (Labeobarbus) in Ethiopian Highlands Scientific Reports, 10:7192 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-64350-4

5. Комарова А.С., Розанова О.Л., Лёвин Б.А. Trophic resource partitioning by sympatric ecomorphs of Schizopygopsis (Cyprinidae) in a young Pamir Mountain lake: preliminary results Ichthyological Research, V. 68. No. 1. (год публикации - 2021)
10.1007/s10228-020-00773-3

6. Голубцов А.С., Коростелев Н.Б., Лёвин Б.А. Monsters with a shortened vertebral column: A population phenomenon in radiating fish Labeobarbus (Cyprinidae) https://www.biorxiv.org/ (год публикации - 2021)
10.1101/2020.09.11.292763

7. Голубцов А.С., Коростелев Н.Б., Лёвин Б.А. Monsters with a shortened vertebral column: A population phenomenon in radiating fish Labeobarbus (Cyprinidae) Plos One, Том 16(1), e0239639 (год публикации - 2021)
10.1371/journal.pone.0239639

8. Лёвин Б.А., Симонов Е.П., Франчини П., Мюге Н.С., Голубцов А.С., Мейер А. Rapid adaptive radiation in a hillstream cyprinid fish in the East African White Nile River basin Molecular Ecology, 30(21), 5530-5550 (год публикации - 2021)
10.1111/mec.16130

9. Лёвин Б.А., Комарова А.С., Розанова О.Л., Голубцов А.С. Unexpected Diversity of Feeding Modes among Chisel-Mouthed Ethiopian Labeobarbus (Cyprinidae) Water, 13(17), 2345 (год публикации - 2021)
10.3390/w13172345

Публикации