В Гренландию за улитками

11 мин
30 Апреля, 2018, 10:16
В Гренландию за улитками

На привычных нам со школьных времён физико-географических картах Гренландия – величайший остров на планете – изображена большим белым пятном неправильной формы. В представлении большинства европейцев Гренландия – это безжизненный и холодный мир «белого безмолвия», лежащий под тёмным покровом почти бесконечной полярной ночи. И только саги о викингах, больше тысячи лет тому назад открывших эту землю и назвавших её «зелёной землей» (норвежское Grønland дословно значит «Зелёная земля»), напоминают о том, что кроме льдов, снегов и холодного моря там есть и другая, более привычная нам жизнь. 

Это очень хорошо заметно, когда летишь над Гренландией на самолёте. С высоты прекрасно видно, как сплошной покров ледникового щита внезапно обрывается, уступая место довольно широкой полосе зелени и серых скал, тянущейся между ледником и морским берегом. Очень часто среди зелёного и серого мелькают небесно-голубые пятна больших и малых озёр, которых в Гренландии многие сотни; от кромки ледника к морю бегут бурные и мутные потоки талой воды, выглядящие как настоящие «молочные реки». Этот мир до сих пор слабо заселён людьми, бóльшая часть береговой Гренландии представляет собой почти не тронутую никем тундру, с редкими дорогами и ещё более редкими и очень удалёнными друг от друга селениями. Даже в столице острова – городке Нуук, живописно раскинувшемся на берегу моря, – нет и 20000 постоянных жителей.

Столица Гренландии – городок Нуук – живописно расположилась по берегам фьорда Доброй Надежды. Фото И.О. Нехаева.

Животный мир береговой полосы острова, как и почти везде в Арктике, беден и скрытен. Путешествуя полярным днем между ледником и морем, под неумолчное комариное гудение, изредка можно заметить песцов и северных оленей, малочисленных птиц, и только. Лишь на самом юге острова, в тех местах, где до сих пор можно видеть развалины первых викингских поселений, природа немного оживляется. Там уже могут расти деревья, насекомые и птицы становятся разнообразнее, а по склонам зеленых холмов гуляют на вольном выпасе флегматичные пушистые овцы.

Здесь жили викинги… Развалины средневекового поселения Игалику. Фото М.В. Винарского.

Таковы могли бы быть путевые заметки туриста, впервые попавшего в Гренландию. Но взгляд профессионального зоолога видит гораздо больше и проникает глубже. Для него поросшие тундрами долины полны разнообразных беспозвоночных, преимущественно членистоногих, а воды бесчисленных озер кишат всевозможной живностью, по большей части очень малых размеров. Фауна острова бедна видами, но каждый из них, взятый сам по себе, представляет особый интерес для науки. Вопросов, которые задают себе учёные, много. Откуда взялось это разнообразие животных и растений на океаническом острове, на много сотен морских миль удалённом от ближайшего материка? Есть ли у гренландских обитателей близкие родственники на «большой земле», и если есть, то какова степень их родства? И, может быть, самая интригующая из всех загадок: каким образом животные и растения смогли пережить несколько ледниковых периодов последнего миллиона лет? Ведь совершенно точно известно, что в периоды максимальных оледенений остров и омывающие его моря должны были быть скованы мощным ледовым щитом, так что никаких шансов на выживание у наземных животных и растений не было. Стало быть, они появились здесь сравнительно недавно, но в этом случае как их предки умудрились преодолеть морские просторы Атлантического океана?  

У самого края гренландского ледникового щита. Фото И.О. Нехаева.

Эти вопросы имеют не только отвлечённый научный интерес. Сейчас внимание к Арктике, её природным богатствам и будущей судьбе в эпоху «глобального потепления» огромно во всем мире. Изучение истории фауны и флоры Гренландии, Исландии, Шпицбергена, других арктических островов имеет огромное значение для более глубокого понимания этих важнейших вопросов. Прослеживая судьбу нынешней фауны Гренландии и выясняя её связи с животными Европы и Северной Америки, биологи пытаются реконструировать прошлое самого большого острова в мире, его былые связи с другими землями, влияние различных климатических и геологических событий на историю Арктики.

Ещё в XVI столетии швед Олаф Магнус, архиепископ Уппсальский, опубликовал на латинском языке «Историю северных народов» («Historia de Gentibus Septentrionalibus») – первую книгу о жителях Гренландии и её природе. Спустя два века другой епископ, теперь уже датский, по имени Отто Фабрициус, написал книгу, специально посвящённую гренландским животным («Fauna Groenlandica»). С тех пор зоологи и ботаники разных стран часто посещали остров и достаточно полно описали все немногочисленные виды живых существ, обитающих там.

Наша страна является одним из самых активных и успешных «игроков» в Арктике, что обусловлено и историческими, и геополитическими, и экономическими причинами. Отечественная наука имеет очень долгую традицию исследования животного мира Крайнего Севера, идущую к нам от петровских времен и не прерывавшуюся даже в самые тяжёлые времена. Вот почему, в начале июля 2014 года, двое российских зоологов (один из них пишет сейчас эти строки) высадились с самолёта в аэропорту маленького заполярного посёлка Кангерлуссуак и, закинув на плечи рюкзаки, отправились по наезженной дороге вглубь тундры. Заполярный гренландский июль был зелёным, солнечным и неожиданно жарким. Температура днём нередко превышала 20º, зато по ночам приходилось несладко: поток холодного воздуха, нисходивший с ближайшего ледника, крепко выстужал внутренность нашей скромной палатки.

В Гренландии нас интересовали не северные олени, песцы, белые медведи или другие полярные животные, известные всем и каждому. Мы приехали сюда, чтобы изучить жизнь пресноводных улиток, населяющих местные водоёмы, и собрать материал для их генетического изучения. Эти улитки – неприметные глазу и почти безразличные для обычного человека – представляют прекрасный объект для изучения происхождения фауны Гренландии.

Маленькая улитка - прекрасный объект для изучения происхождения арктической фауны. Фото М.В. Винарского.

Впервые об их существовании стало известно датским зоологам в первой половине XIX века. Тогда они получили научное описание и собственное латинское название, как это принято у зоологов. Но споры об их происхождении и родословной не прекращались до наших дней. Одни учёные считали, что все пресноводные моллюски, живущие в Гренландии, - это эндемики (то есть, виды, населяющие только данную местность или область и больше нигде на Земле не встречающиеся), другие выдвигали предположение, что эти животные не могли бы пережить ледниковый период и должны были сравнительно недавно переселиться на остров откуда-то с материка, скорее всего из Северной Америки. Но, сравнивая раковины и внутренние органы гренландских и американских улиток, решить этот спор никак не удавалось. В чём-то они похожи, в чём-то различны, но точно судить о степени родства по таким признакам очень нелегко.

Всем известно, что улитки – это очень неторопливые и флегматичные существа, проводящие почти всю свою жизнь на двух-трёх квадратных метрах родного водоёма. 

В таких небольших и хорошо прогретых солнцем озёрах Гренландии улитки чувствуют себя как дома. Фото И.О. Нехаева.

И в то же время, как это ни странно, улитки очень часто обнаруживаются на океанических островах, удалённых от ближайшей суши, или в небольших степных озерах, так далеко расположенных одно от другого, что расстояние измеряется десятками километров. Подобные факты удивляли многих натуралистов прошлого, не исключая и самого Чарлза Дарвина, который признавался, что был такими находками весьма озадачен. Очевидно, что своим ходом медлительные моллюски пересечь большие расстояния не могут. Нужны какие-то иные объяснения, и различных гипотез на этот счёт было выдвинуто много. Чаще всего предполагалось, что для своего расселения улитки могут использовать водоплавающих птиц, почти как в известной сказке о Лягушке-путешественнице. Давно замечено, что они (или их икра) могут прикрепляться к оперению или конечностям птиц и таким образом преодолевать по воздуху весьма приличные расстояния. Также обсуждали возможность улиток и других маленьких и тихоходных животных расселяться с помощью плавучих льдов или упавших деревьев, выносимых крупными реками в моря.

Но более важно другое. Современные методы молекулярно-генетического анализа позволяют не только сравнивать улиток (или любых других животных) по степени их родства между собой, но также определять примерный промежуток времени, который прошёл с момента прибытия первопоселенцев на остров или другое новое местообитание. Делается это путём сравнения нуклеотидного состава генов особей, собранных из разных мест, и выявления, какие мутации произошли с тех пор, как они живут порознь друг от друга. Здесь помогают мутации в определённых генах, примерная частота появления которых известна и, к тому же, постоянна во времени. Скорость мутирования в данном случае играет роль своеобразных часов, но не механических, а «молекулярных». Конечно, эти датировки событий отдалённого прошлого не очень точны, величина ошибки может составлять до нескольких тысяч лет, но если мы оперируем интервалами в геологическом масштабе времени, то абсолютная точность не только недостижима, но и не очень нужна.

Уже в первые дни путешествия мы выяснили, что Гренландия, с точки зрения улиток, страна весьма гостеприимная. По крайней мере, почти в каждом водоеме, кроме бурных и очень мутных ледниковых рек, обнаруживались моллюски, и не было никаких признаков того, что живётся им трудно. Хотя нам удалось найти всего два вида улиток, но численность обоих была высокой, так что нам не составило большого труда отобрать достаточно экземпляров из нескольких точек Гренландии, причём особое внимание уделялось тому, чтобы взять пробы из озер разного типа, различающихся по глубине, характеру донного грунта (каменистый или илистый), богатству растительности и другим признакам.

Дальнейшие исследования собранного материала проводились уже в нескольких лабораториях, расположенных на материке – в Санкт-Петербурге, Омске, Архангельске и Дрездене. К изучению гренландских моллюсков подключились наши коллеги из России и Германии. Собранные улитки анатомировались, измерялись, фотографировались, а небольшие кусочки тканей были отправлены в генетическую лабораторию для расшифровки молекулярного «текста», который содержали в себе их клетки. Впоследствии этот расшифрованный текст с помощью компьютерных программ сравнивался с аналогичными текстами, полученными от улиток, живущих в других частях света, чтобы путём сопоставления найти ближайших родственников нашим «островитянам».

Схема родственных связей между моллюсками Гренландии и Северной Америки и вероятный путь их расселения.

Генетика позволила поставить точку в давнем споре. Все моллюски, найденные нами в Гренландии, оказались настолько близкими родственниками с теми, которые населяют сейчас водоёмы Северной Америки, что их следует относить к одному виду. Все они имеют общее происхождение и не отличаются друг от друга не только на генетическом уровне, но и по строению их раковин и внутренних органов. Откуда бы мы ни брали моллюсков для изучения, из большого ли озера, из малого, или из совсем небольшой лужи, готовой вот-вот пересохнуть, все они оказывались ближайшими родственниками друг друга. Самое тесное родство у гренландских улиток оказалось с их соплеменниками из озер Британской Колумбии (Канада), а вот популяции улиток из США могут быть названы их двоюродными братьями и сёстрами.

Так выглядят наши объекты – раковины улиток, живущих в Гренландии (A-G), в сравнении с их ближайшими американскими родичами (H-K).

Эти факты позволяют сделать два основных вывода. Во-первых, столь тесное сходство по внешнему облику, внутреннему строению и генам говорит о том, что моллюски попали в Гренландию совсем недавно. Но, говоря про «недавно», надо иметь в виду, что речь идёт не об исторической, а о геологической шкале времени. Например, с житейской точки зрения, для которой самой естественной мерой времени является средняя продолжительность жизни Homo sapiens (около 70 лет), открытие викингами Гренландии (около 1000 года нашей эры), событие довольно давнее, из «незапамятных» времен. Но если геолог или палеонтолог говорит, что нечто произошло «недавно», то он может иметь в виду интервалы в десятки тысяч и даже миллионы лет. И вправду, даже десяток миллионов лет – это совсем немного в сравнении с почтенным возрастом нашей планеты (около 4,7 миллиардов лет).

Во-вторых, это самое «недавно» можно превратить в количественную оценку. Можно с полной определённостью утверждать, что материковые улитки попали в Гренландию после завершения последнего североатлантического оледенения, то есть не ранее одиннадцати тысяч лет назад. До этого всё пространство между островом и материком было сковано льдом, что полностью исключает возможность миграции для пресноводных животных. А вот как именно произошло великое «открытие Гренландии» озерными моллюсками - этого мы, скорее всего, никогда не узнаем. Было ли это путешествие на плавучих древесных стволах, или на лапах водоплавающих птиц, или с ураганами - генетика сказать не может. Точно лишь одно: за последние 20 миллионов лет сухопутной связи между Гренландией и Северной Америкой не было, и другого пути для переселенцев кроме как через океан не существовало.

Перелётные птицы, пресноводные улитки, викинги… Все эти существа отличались большой охотой к перемене мест. Ни трудности дальнего пути, ни расстояние, ни время не останавливают живые организмы от расселения по земному шару. Меняется климат, поднимается и опускается уровень мирового океана, растут и тают ледники – все эти изменения накладывают свой отпечаток на облик жизни во всех уголках Земли. Используя современные методы генетики, учёные, подобно археологам, могут восстановить ход событий далёкого прошлого по тем невидимым следам, что сохранились в клетках современных животных и растений.

Проведённая нами работа – это всего лишь мельчайший элемент грандиозной мозаики, которую уже много веков усердно собирают ботаники, зоологи, палеонтологи, климатологи. Только так, шаг за шагом, мы можем дойти до своей грандиозной цели – нарисовать картину развития нашей планеты и истории жизни на ней.

Концовка.png

Автор: Максим Викторович Винарский, доктор биологических наук, заведующий лабораторией макроэкологии и биогеографии беспозвоночных Санкт-петербургского государственного университета. 

Полевые и лабораторные исследования моллюсков Гренландии оказались возможными при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 14-04-01236) и Совета по грантам при Президенте РФ (проект номер MД-2394.2017.4). Научные результаты экспедиции в Гренландию опубликованы в статье:  Vinarski M.V., Bolotov I.N., Schniebs K., Nekhaev I.O., Hundsdoerfer A. Endemics or strangers? The integrative re-appraisal of taxonomy and phylogeny of the Greenland Lymnaeidae (Mollusca: Gastropoda) // Comptes Rendus Biologies. – 2017. – V. 340. – P. 541-557.

далее в рубрике