За 10 лет арктические дафнии не смогли приспособиться к потеплению

Особи современной субпопуляции бесполых дафний из гренландского озера Брайя-Сё хуже переносят гипоксию и нагрев воды, чем особи исторической субпопуляции 2011 года, которых удалось вывести из покоящихся в донных отложениях яиц. Ученые предположили, что резкое потепление в Арктике ударило по пурпурным серобактериям, которыми питаются дафнии, и поэтому изменчивость пока бессильна в приспособлении к росту температуры. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Global Change Biology.

Быстрое потепление климата ставит вопрос о том, успеют ли живые организмы к нему адаптироваться. Несмотря на то что водная среда обитания по своим условиям гораздо стабильнее наземно-воздушной, именно в ней наблюдаются значительные последствия теплового стресса для биоты. Морская вода становится все более кислой, теплой и в ней растворяется все меньше кислорода, что уже ударило по кораллам, рыбам и даже белым медведям. В озерах же потепление нарушает привычную для обитателей температурную среду, из-за чего в глубинных водах начинается гипоксия — это уже поставило под удар рыболовство в северных странах.

Ученые под руководством Афины Карапли-Петрицопулу (Athina Karapli-Petritsopoulou) из Свободного университета Берлина исследовали как происходит адаптация бесполых арктических водяных блох Daphnia pulicaria к резкому потеплению. В отличие от организмов с половым размножением, у бесполых особей генетическая изменчивость целиком зависит от спонтанных мутаций, и дафний широко используют как модельный вид для изучения быстрой эволюции.

Авторы отбирали керны донных отложений и образцы воды из толщи озера Брайя-Сё на юго-западе Гренландии, чтобы собрать взрослых особей дафний из воды и их эфиппии (то есть покоящиеся яйца) из отложений. Взрослые особи принадлежали к современной субпопуляции 2022 года, а из яиц удалось вывести особей, чьи гены отражали состояние исторической субпопуляции 2011 года.

Дафний из обеих субпопуляций культивировали в закрытой респирометрической системе — планшете с датчиками и герметичными лунками, заполненными водой, чтобы оценить скорость дыхания и потребление кислорода, а также протестировать термоустойчивость особей — то есть измерить время, спустя которое дафнии перейдут в обездвиженное состояние при постепенном нагреве воды с 18 до 34 градусов Цельсия.

Вопреки ожиданиям, современная субпопуляция показала более низкую толерантность к высоким температурам по сравнению с исторической: ее особи впадали в обездвиженное состояние через 23,7 минуты, а особи из 2011 года — через 39,4 минуты (t=-4,5; p 0,001). Также современные дафнии имели более высокую скорость дыхания, что указывает на снижение их устойчивости к гипоксии. Авторы предположили, что такое неожиданное направление фенотипических изменений у дафний может быть связано с пурпурными серобактериями, которыми они питаются: быстрое потепление в Арктике привело к раннему таянию льда и углублению оксиклина, что пошатнуло популяцию серобактерий.

Лабораторные эксперименты показали, что адаптироваться к потеплению будет сложно и некоторым морским обитателям. Например, если температура воды в местах обитания осьминогов в будущем достигнет отметки 24,6 градуса, это может снизить выживаемость осьминогов и отразиться на их зрении — у молодых особей, которые вылупились из яиц при такой температуре, была снижена экспрессия белков, важных для прозрачности хрусталика и преломления света в нем.