Nové druhy se usazují v pobřežních oblastech Kalmykie

Slova „migrant“ a „vetřelec“ pevně vstoupila do lexikonu moderního člověka a zdá se nám, že Attila, Čingischán a Tamerlán jsou jedinečnými prvky lidské kultury. Ve světě zvířat však takoví „vetřelci“ nejsou vůbec neobvyklí a šíření druhů mimo jejich historické areály je přirozený proces. Je pravda, že pokud důsledné rozptýlení zvířat může trvat tisíce let (jako například rozptýlení samotného člověka po Zemi), pak se nyní útočníci mohou velmi rychle dostat na nová místa, „využívat“ dopravních toků civilizace (náhodný import mandelinky bramborové z Ameriky do Starého světa) nebo antropogenní přeměnu biotopu (vytvoření systému a soustavy vodních nádrží Volga, které vedly ke změně v řece Black šproti nebo goby ryby na severu). Klíčovým úkolem pro monitorování biologických invazních procesů je rychle a přesně identifikovat vetřelce. Pro úspěšnou identifikaci cizích druhů ryb v oblasti Volha-Kama navrhujeme použít jednoduchý a levný protokol identifikace DNA optimalizovaný speciálně pro ruské sladkovodní ryby.

«Oh, kdo, řekni mi, kdo jsi. »
Denis Davydov (1834) Procesy šíření druhů mimo jejich historické areály zjevně probíhají od samého počátku vzniku života. V přírodních podmínkách je však rozptyl živočichů omezen poloměrem jejich individuální aktivity, který je u většiny druhů relativně malý. Například, aby se mamuti rozšířili po severní Eurasii, na rozdíl od roztomilých postaviček z karikatury Doba ledová, museli ujít mnoho tisíc kilometrů po vlastních nohou a celý proces trval tisíce let. Pro létající dinosaury a jejich pozdější větev, ptáky, bylo snazší překonávat velké vzdálenosti. Vzdušné prostředí má zároveň svá nebezpečí a omezení a samozřejmě všude jsou predátoři a paraziti, připravení pochutnat si na nešťastných osadnících, kteří jim komplikují už tak nelehkou cestu. Mnoho zvířat a rostlin proto dává přednost objevování nových stanovišť pomocí „veřejné dopravy“, například připevňováním semen nebo odpočívajících vajíček k jiným zvířatům. Tímto způsobem je pro suchozemce docela snadné uniknout z „denní rutiny“ do nových podmínek. Další záležitostí jsou obyvatelé vod, hydrobionti. Aby se rozptýlili, musí buď použít vodní cesty, nebo vytvořit klidová stádia, která jsou dostatečně chráněna pro cestování po zemi. Pro sladkovodní vodní organismy jsou přitom pevnina i mořský povrch téměř nepřekonatelné překážky. Vše se však dramaticky změnilo s příchodem lidské civilizace. Zatímco osídlení paleolitického člověka mělo malý dopad na místní komunity, vznik dopravy a pravidelné nákladní dopravy v moderní historii radikálně změnil biogeografickou krajinu celých kontinentů. Po zobecnění velkého množství podobných příkladů před více než 60 lety anglický vědec Charles Elton (Charles Elton) vydal knihu „Ekologie živočišných a rostlinných invazí“ [1], kterou lze použít k zahájení studia samostatné vědy o biologických invazích. Od té doby se nashromáždil tak velký objem poznatků, že nikdo nezpochybňuje globální, planetární roli antropogenního faktoru (vektoru) při šíření zvířat. Většina vědeckého úsilí se proto zaměřuje na studium, prevenci nebo kontrolu biologických invazí. Publikace v mezinárodním časopise je věnována studiu biologických invazí v samém srdci ruského státu – oblasti Volha-Kama voda [2], kterou provedli pracovníci Ústavu biologie vnitrozemských vod Ruské akademie věd a Ústavu ekologie a evolučních problémů Ruské akademie věd. Tým výzkumníků zahrnoval autory tohoto materiálu. Řeka Volha byla zapojena do kolosálního programu výstavby vodních elektráren a nyní má devět velkých nádrží a také velký úsek, který není regulován vodními stavbami. V tomto ohledu utrpěla Kama méně – jsou zde pouze tři velké nádrže. To se přirozeně odráží v podílu cizích druhů (obr. 1): v současnosti se v mělkých vodách podíl cizích druhů ryb v nádržích Volha pohybuje od 8 % do 32 %. U nádrží Kama jsou výrazně méně – od 2 do 16%. Největším počtem invazních druhů jsou goby ryby. Mezi invazními druhy povodí Volhy jsme tedy našli šest zástupců této rodiny, zatímco v Kama – pouze dva. Jedná se o poměrně velké gobie, které známe z konzervy „Býci v rajčeti“ – kulaté gobie (Neogobius melanostomus) a golovach (Ponticola gorlap), stejně jako jejich menší příbuzní, včetně tak úžasného druhu, jako je knoflík hvězdnatý (Benthophilus stellatus) (obr. 2). Dalším neobvyklým povolžským druhem invazních ryb je jehlice (Syngnathus abaster), příbuzný mořských koníků, které známe z Disneyho Malé mořské víly. Tyto ryby se často vyskytují v pobřežních houštinách na střední a dolní Volze. Nejpočetnějším útočníkem na zkoumaných vodních plochách byl však malý pelagický sleď – šprot černomořsko-kaspický (Clupeonella cultriventris) (obr. 3). Na moři se jí říká „kilka“ kvůli „kýlu“ upravených šupin na břiše ryby. Tyto ryby dělají skvělé konzervované šproty. Zde jsme se nemýlili: šproty jsou způsob přípravy a tyto konzervy nemusí být nutně získávány z ryb baltského druhu šprotů, jejichž počet v Baltském moři byl aktivním rybolovem značně narušen. Přestože v nádržích Volhy nedochází k masovému lovu šprotů, původní dravé ryby jako candát, burbot a velcí okouni tohoto vetřelce úspěšně „ochutnali“ a šprot se stal jednou z důležitých součástí potravní sítě v nádržích. Kromě invazivních ryb, které „jdou na sever“, však existují také druhy, které se naopak snaží „koupat na jihu“. Mezi nimi jsou dva síhové – evropský hnědák (Osmerus eperlanus), oblíbená ryba obyvatel Petrohradu a neméně chutná evropská vendace (Coregonus albula), nalezené až ke Kujbyševské nádrži (obr. 1). V současné době jsou počty těchto druhů malé, i když jsou důležitou součástí pelagického společenství v severních nádržích Volhy. Klíčovým úkolem při monitorování biologických invazí je včasná a přesná identifikace vetřelce. To umožňuje nejen předvídat možný dopad vetřelců na původní ekosystémy, ale v případě potřeby také provádět opatření k co nejrychlejší lokalizaci nebo zničení nebezpečných nebo škodlivých druhů. Tradiční morfologické metody určování druhů ryb v některých skupinách bohužel komplikují nejen objektivní potíže s identifikací, ale také nedostatek profesionálních ichtyologů. A pokud nedostatek personálu nesouvisí s vědeckými problémy, pak existuje vynikající moderní metoda pro přesnou identifikaci zvířat – identifikace DNA. Před téměř 20 lety Kanaďan Paul Hebert (Paul Hebert) navrhl použít malou část genu mitochondriální cytochromoxidázy jako jediný univerzální marker pro identifikaci druhů.c (COI) [3]. To znamenalo začátek jedné éry. DNA čárové kódovánínebo čárové kódy založené na DNA. Tato metoda identifikace je založena na jednoduchém pozorování: sekvence nukleotidů ve vybrané oblasti DNA umožňuje klasifikovat vzorek jako známý nebo nový druh. V zásadě je možné čárovým kódem zakódovat téměř jakýkoli předmět, který má určitý počet alternativních vlastností, jako je tomu u zboží na pokladně v obchodech. Technologie čárových kódů DNA je nyní standardním postupem při studiu biologické rozmanitosti, ale jako všude existují určité nuance. Zejména při provádění takové práce je pro amplifikaci požadovaného genu metodou polymerázové řetězové reakce nutné použít primery – malé „primery“ jednovláknové DNA, komplementární k určitým úsekům DNA cílového genu. COI gen vybraný pro DNA barcoding zvířat patří ke genům s dosti konzervativní sekvencí, která umožňuje použití univerzálních primerů pro velké množství blízce příbuzných druhů. Čím vyšší univerzálnost, tím nižší specifičnost, takže výzkumníci jsou neustále nuceni hledat kompromis mezi přístupem „hodně, ale špatně“ a „dobrým, ale málo“. Pro přesnější určení je stále oblíbenější výběr primerů specifických pro určitou skupinu zvířat. Například při studiu sladkovodních ryb Volhy vůbec nepotřebujeme znalosti o sekvencích DNA ryb z korálových útesů v Austrálii. Proto jsme byli schopni zvýšit specifičnost definice sladkovodních ryb ignorováním jiných skupin. V důsledku toho se primery „Volga“ ukázaly být mnohem účinnější pro specifický úkol monitorování invazních druhů v této oblasti. Více informací o metodě PCR naleznete v článku “Biomolekuly”12 metod na obrázcích: polymerázová řetězová reakce» [4]. To je přesně ta cesta, kterou se náš tým vydal při čárovém kódování DNA cizích druhů ryb na Volze a Kamě. Primery, které jsme vyvinuli, nám umožnily zlepšit účinnost standardního čárového kódování DNA téměř o čtvrtinu. V případě fragmentárních a vysoce degradovaných vzorků navrhujeme použít primery k amplifikaci kratších sekvencí, což bez ztráty přesnosti umožňuje identifikaci „složitých“ vzorků, které jsou pro jiné tradiční metody nedostupné. Také tyto „krátké“ primery, kromě tradiční amplifikace, mohou být použity ve vysoce výkonných sekvenačních systémech jak pro celkové vzorky, tak pro eDNA (environmentální DNA, „přirozená“ DNA, v tomto případě rozpuštěná ve vodě) [5]. Práce pouze s jedním lokusem však může nevyhnutelně vést k chybám, jako je kontaminace vzorku nebo chybné čtení. Podle různých výzkumníků mezinárodní databáze NCBI GenBank značná část uložených sekvencí obsahuje nějaké chyby nebo jsou zcela jiného typu [6], [7]. Pro zvýšení reprezentativnosti jsme vyvinuli a nabízíme k použití další sadu primerů pro velkou podjednotku mitochondriální (16S) a malou podjednotku jaderné (18S) ribozomální DNA (rDNA). Tato sada má další výhody. Identifikace pomocí mitochondriální 16S rDNA se tedy obvykle shoduje s COI a pro tento lokus byl nashromážděn velký soubor dat, což umožňuje studium variability na vnitrodruhové úrovni. U jaderného genu 18S je jedinou nevýhodou nízká druhová variabilita a špatné zastoupení v mezinárodních databázích. Přítomnost konzervovaných oblastí však zajišťuje účinné srovnání sekvenčních dat a hypervariabilní oblasti poskytují dostatečně vysokou úroveň variability. Také výsledky studií na tomto lokusu ukazují dobrou konvergenci s mitochondriálními geny a 18S lze úspěšně použít ve fylogeografických rekonstrukcích. Obecně platí, že výzkum rDNA může být úspěšným doplňkem „klasického“ čárového kódování DNA, včetně použití vysoce výkonných sekvenačních systémů. Testováním sady primerů proti oblastem genů COI, 16S a 18S jsme zkoumali genetickou variabilitu u 31 druhů sladkovodních ryb. Pro region Volha-Kama byla poprvé vytvořena knihovna „referenčních“ sekvencí téměř všech běžných cizích druhů ryb, včetně potvrzených nálezů několika nových druhů. Námi navržené sady primerů prokazují vysokou účinnost v amplifikaci a vysokou specificitu pro oblast čárového kódu DNA nejen u cizích druhů, ale i jiných taxonů sladkovodních ryb (obr. 4). Samostatný blok práce byl proveden na optimalizaci protokolů pro rutinní extrakci DNA, PCR a purifikaci produktu. Moderní komerční soupravy samozřejmě umožňují maximálně zjednodušit a optimalizovat laboratorní práci. Existuje však jedna nevýhoda – velmi vysoká cena a často potřeba specifického vybavení. Metoda, kterou navrhujeme, vám umožňuje provádět práci od extrakce DNA až po sekvenování prakticky „doma v kuchyni“ – v jakékoli biologické laboratoři s použitím nejběžnější sady zařízení, plastů a činidel. Zásadně jsme se snažili co nejvíce využívat domácí vybavení a reagencie – naštěstí byla nyní v Rusku zavedena výroba veškerého potřebného vybavení a spotřebního materiálu a reagencie a enzymy nejsou kvalitou nijak horší než renomované dovážené analogy. Tímto způsobem jsme byli schopni pokrýt náklady na „klasické“ sekvenování jedné zájmové sekvence – necelé dva dolary, což je srovnatelné s nejmodernějšími vysoce výkonnými sekvenačními systémy. Analýza navíc nevyžaduje drahé vybavení a technika provádění laboratorních prací a zpracování výsledků je dostupná každému výzkumníkovi. Více informací o různých metodách sekvenování naleznete v článku Biomolekuly «12 metod na obrázcích: sekvenování nukleových kyselin» [10]. Doufáme, že plošné zavedení identifikace DNA do klasické práce ichtyologů umožní přesnější a rychlejší sledování průniku nových druhů, kontrolu a prevenci nežádoucích invazí. Je dobře známo, že základní výzkum není levný. Centrum pro kolektivní využití „Vědecká flotila Ústavu biologie a vnitrozemských vod Ruské akademie věd“ umožnilo díky dlouhodobému financování z ruského ministerstva školství a vědy provádět četné expedice a shromažďovat unikátní materiál o invazních druzích Volhy a Kamy, jakož i srovnávací materiál z jiných vodních ploch v Evropě. Genetická práce byla provedena s podporou grantu Ruské nadace pro základní výzkum 20-34-70020 „Cizí druhy vodních organismů různých taxonomických skupin v evropském Rusku: srovnávací analýza polymorfismu v původních a invazních oblastech, historie a rysy invazního procesu“.

Literatura

1. Elton C.S. Ekologie invazí zvířat a rostlin: Nové vydání. Chicago, Londýn: University of Chicago Press, 2000;
2. Dmitrij P. Karabanov, Eugenia I. Bekker, Dmitrij D. Pavlov, Elena A. Boroviková, Julia V. Kodukhova, Alexej A. Kotov. (2022). Nové sady primerů pro DNA identifikaci nepůvodních druhů ryb v povodí Volha-Kama (evropské Rusko). voda. 14, 437;
3. Paul D. N. Hebert, Alina Cywinska, Shelley L. Ball, Jeremy R. deWaard. (2003). Biologické identifikace pomocí čárových kódů DNA. Proč. R. Soc. Londýn. B. 270313-321;
4. 12 metod na obrázcích: polymerázová řetězová reakce;
5. Matthieu Leray, Joy Y Yang, Christopher P Meyer, Suzanne C Mills, Natalia Agudelo a další. kol.. (2013). Nová všestranná sada primerů zaměřená na krátký fragment mitochondriální oblasti COI pro metazoární diverzitu metabarkódování: aplikace pro charakterizaci obsahu střeva ryb v korálovém útesu. Přední Zool. 10, 34;
6. D. James Harris. (2003). Můžete bankovat na GenBank?. Trendy v ekologii a evoluci. 18317-319;
7. Mikko Pentinsaari, Sujeevan Ratnasingham, Scott E. Miller, Paul D. N. Hebert. (2020). BOLD a GenBank revisited – Dochází k chybám identifikace v laboratoři nebo v knihovnách sekvencí?. PLoS ONE. 15, e0231814;
8. Amanda Ciprandi Pires, Luciane Marinoni. (2010). Čárové kódy DNA a tradiční taxonomie sjednocené prostřednictvím integrativní taxonomie: pohled, který zpochybňuje debatu zpochybňující obě metodologie. Biota Neotrop.. 10339-346;
9. Maxim V. VINARSKI. (2020). Kořeny taxonomické překážky: Je „integrativnost“ lék?. Integrativní zoologie. 152-15;
10. 12 metod na obrázcích: sekvenování nukleových kyselin.

Komentáře

Podpořte nás ve věci vzdělávání

Biomolecule vypráví více o biologii a medicíně – v současnosti máme na našem webu několik tisíc článků. Pokud se vám naše stránky líbí a chcete, aby fungovaly i nadále, podpořte nás přiměřenou částkou – jednorázově nebo měsíčně. Preferuji měsíční platby Podpora

Vědci z povolžsko-kaspické pobočky VNIRO poprvé objevili v pobřežní zóně Kalmycké republiky korejského ostrobřicha. V posledních letech zde bylo zaznamenáno několik invazních druhů ryb.

Zaměstnanci oddělení Elista KaspNIRKh každoročně provádějí výzkum s cílem posoudit přirozenou reprodukci v oblastech tření v pobřežní zóně Republiky Kalmykia. Zkušební lov mláďat plůdkovým tahem se provádí v červnu až červenci. Kromě mláďat komerčních druhů se v úlovcích pravidelně vyskytují mláďata nekomerčních ryb. Za posledních 10 let bylo zaregistrováno 8 až 15 druhů juvenilních nekomerčních druhů ryb patřících do sedmi rodin, uvedla tisková služba pobočky Fishnews.

Na trdlištích u pobřeží Kalmykie jsou stálými druhy stříbřitý, bezútěšný, jehlice, tsuki goby, bubyr goby a malý lipně jižní.

„V roce 2021 byla poprvé při úlovcích plůdků z města Lagan na jih až k ústí řeky Kuma včetně korejských ostrobřichých ryb, které patří do čeledi kaprovitých, zaznamenána. “Byly chyceny čtyři dospělé exempláře, šest juvenilních exemplářů a 79 larev,” uvedl KaspNIRKh.

Externě se tato ryba podobá bleak a podle literárních údajů dosahuje velikosti 17-20 cm V Rusku je korejský bleak běžný v povodí Amur. V důsledku náhodné aklimatizace se široce rozšířil ve vodních útvarech Střední Asie a byl zaznamenán na jihozápadním pobřeží Kaspického moře a v Íránu.

Poslední dva roky se v úlovcích trvale vyskytuje amurský čebachok. Tento druh byl poprvé objeven v dolním toku řeky Kuma v květnu 1981 expedicí z Kalmycké státní univerzity. Do této doby nebyl amurský chebachok nalezen v povodí Kumy ani v jiných vodních plochách na severním Kavkaze.

S největší pravděpodobností byl dovezen společně s mladými býložravými rybami na některou z rybích farem a teprve poté se dostal do přírodních vodních ploch. Podle vědců už amurský chebachok kolonizoval všechny oblasti kaspického pobřeží Kalmykie.

Od roku 2017 byly ve výzkumných úlovcích zaznamenány hořce do délky 5 cm. Dříve byla tato malá ryba – do 8-10 cm – zaznamenána pouze v přítocích středního toku řeky Volhy. V povodí Kaspického moře byl hořčák nalezen v řekách západní části jižního a středního Kaspického moře.

Hořák má zajímavý způsob rozmnožování: samička klade vajíčka do pláště mlžů. Tento druh se také nachází na celém kalmyckém pobřeží severního Kaspického moře, jak uvádí KaspNIRKh.

V oblasti od ústí lodního kanálu Lagan do Kaspického moře po dolní tok Kumy byl v posledním desetiletí zaznamenán výskyt komárů, kteří patří do čeledi zubatých. Jedná se o malou rybu dlouhou až 8 cm a až 6,5 cm od pobřeží Kalmykie v roce 1925

Americký druh byl zavlečen do Abcházie k boji s larvami komárů malárie a za stejným účelem do povodí Kaspického moře. Gambusia byla nalezena ve vodních plochách Turkmenistánu, Íránu, Ázerbájdžánu a Republiky Dagestán. Druh, který je náchylný k populačním výkyvům, je v úlovcích přítomen téměř každý rok, v tuhých zimách hyne. Od roku 2018, díky teplým zimám, počet komárů na trdlištích v Kalmykii dosáhl 0,2 miliardy exemplářů, uvedla pobočka.

„Zatímco gambusia ničí larvy maláriového komára, zároveň ničí vajíčka a larvy ryb a je vážným konkurentem mláďat komerčních druhů,“ poznamenali vědci.

Celkem bylo v úlovcích nekomerčních mláďat zaznamenáno: stříbrná, bělohlavá, hořká, čebachok amurský, koule ostrobřicha korejská, koule písečná, kulka kulatá, koule tsutsik, koule bubyr, koule Knipovičova, sekavce ostnatá a paličák malý, komár hřbet jižní.

Odborníci zdůraznili, že vznik nových druhů v ichtyocenózách a rychlost tohoto procesu svědčí o vážných změnách ve vodních ekosystémech. Jsou spojeny jak s dopadem abiotických podmínek prostředí, jako jsou rostoucí teploty, tak s biologickými faktory, zejména s ochuzováním druhové skladby a snižováním početnosti původních druhů. Nově vzniklé nebo uvolněné ekologické niky mohou být obsazeny invazními druhy a vyhrát tak konkurenci s původní ichtyofaunou.

Fotografie poskytla tisková služba KaspNIRKh.

Přečtěte si nejnovější zprávy v Telegramový kanál Fishnews.