Воды Гольфстрима и Лены оказались барьерами, разделяющими популяции арктического планктона

Limacina helicina в естественной среде (фото Александра Семенова). На видео, предоставленном Ириной Екимовой, можно увидеть, как лимацина плавает в чашке Петри, взмахивая плавниками

Морские животные, как правило, легко расселяются, так как их переносят течения. В новой работе российских ученых на примере планктонного крылоногого моллюска Limacina helicina продемонстрировано, что и для их расселения бывают неочевидные барьеры. Limacina helicina населяет все моря Арктики, но генетический анализ показал, что на самом деле они подразделяются на три изолированных популяции, локализованные в западной и восточной половине Арктики и в Белом море. Беломорская популяция отрезана от остальных теплыми водами Гольфстрима, а барьер между западной и восточной популяциями проходит по границе моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря и образован пресными водами реки Лена. Кроме того, генетический анализ выявил бурную историю Limacina helicina в ледниковый период. Эти моллюски переживали оледенение в Атлантике и Тихом океане, а по мере таяния льдов заселяли Арктику с двух сторон.

Ни один вид животных или растений не заселил всю поверхность Земли. У каждого вида есть свой ареал — место, где он встречается. Ареалы животных и факторы, которые их определяют, изучает наука биогеография. Один из основных таких факторов — географические барьеры, мешающие расселению животных. Например, наземным животным трудно попасть на далекий остров или изолированный континент, а рыбам трудно попасть из одного озера в другое, если они не соединяются реками. Поэтому образуются уникальные фауны, например Австралии или озера Байкал, большинство видов которых нигде больше не встречаются.

А могут ли быть такие барьеры для расселения в открытом океане? Большинство морских животных способны плавать в толще воды хотя бы в возрасте личинок, и течения могут унести их очень далеко. Поэтому в океане животные часто заселяют всю пригодную для них климатическую зону. Например, обыкновенная морская звезда Asterias rubens населяет берега Атлантического океана и его морей, от Черного моря до Белого и от Флориды до Гренландии. Однако и для хорошо плавающих животных в море могут быть невидимые глазу барьеры, как показано в новой совместной работе ученых из Института океанологии РАН и МГУ.

Герой нашей статьи — крылоногий моллюск Limacina helicina. Это небольшое (до 10 миллиметров) темно-фиолетовое существо плавает, взмахивая двумя похожими на крылья плавниками. Эти плавники — видоизменение ноги, стандартного органа передвижения моллюсков. За взмахи крыльев-плавников лимацина получила название «морская бабочка», а за темную окраску — «морской чертик». Лимацина фильтрует воду, собирая из нее микроводоросли, которые и являются основой ее питания. Она предпочитает холодные воды с температурой не выше 5 градусов Цельсия, а лучше всего себя чувствует в ледяной воде у кромки арктических льдов. Она населяет все моря Арктики, а также северную часть Тихого океана (Охотское и Берингово моря, залив Аляска). Лимацина может достигать огромной численности и является важной частью диеты самых разных животных, от мелких рыб до китов. Раковинки лимацин после гибели их хозяев тонут на океанское дно, унося с собой связанный в форме карбоната углекисый газ, поэтому лимацины играют заметную роль в поглощении углекислого газа океаном.

В обсуждаемой работе был проведен генетический анализ лимацин, собранных по всему российскому сектору Арктики — от Земли Франца-Иосифа до Восточно-Сибирского моря. Кроме того, использовались данные коллег из разных стран по лимацинам с берегов Шпицбергена, Аляски и из Тихого океана. Сравнение последовательностей гена COI из 834 особей показало, что в Арктике живет не одна, а сразу три генетически изолированных популяции лимацин. Одна популяция населяет моря западной Арктики — Баренцево, Карское и море Лаптевых. Другая живет восточнее, в Восточно-Сибирском, Чукотском и море Бофорта. Третья популяция изолирована в Белом море. Почему же лимацины из разных популяций не смешиваются, хотя течения могут носить их по всей Арктике? Какие барьеры ограничивают их расселение?

Места сбора Limacina helicina и основные течения в Арктике. Желтые треугольники — места сбора образцов в рамках данной работы, зеленые кружочки — данные других авторов. Черный пунктир — «полярный фронт», красный — подводное продолжение Гольфстрима. Рисунок из обсуждаемой статьи

Лимацины привередливы к параметрам воды, прежде всего к температуре и солености. Они предпочитают холодную воду, не теплее 4–5 градусов, с нормальной океанической соленостью 3,4%, и гибнут при опреснении ниже 2,8%. Именно температура и соленость ставят барьеры между популяциями. Море Лаптевых находится под влиянием мощного стока пресной воды из реки Лена. Верхние 20–25 метров воды в море Лаптевых опреснены Леной до 2% соли и даже ниже. Лимацины избегают такого опреснения и уходят на глубину, где соленость нормальная для них. Но проливы Санникова и Дмитрия Лаптева, соединяющие море Лаптевых с Восточно-Сибирским морем, мелководные: глубины в них не превышают 18 метров, и они заполнены опресненной водой, непреодолимой для лимацин. А дальше к северу, где опреснение от Лены сходит на нет, воды моря Лаптевых увлекаются Трансарктическим течением на север, под ледяной щит, и попавшие в него лимацины окажутся в итоге у берегов Канады и Гренландии, а не Чукотки. Ранее такой пресноводный барьер был известен только для тропической Атлантики — поток пресной воды из устья Амазонки делит популяции рифовых рыб на северные и южные (E. Tosetto et al., 2022. The Amazon River plume, a barrier to animal dispersal in the Western Tropical Atlantic).

Второй барьер запирает беломорскую популяцию лимацин, и он тоже связан со свойствами воды. Только это не пресные воды Лены, а теплые воды Гольфстрима. Южная часть Баренцева моря благодаря Гольфстриму вся слишком теплая для лимацин (выше 6 градусов), и они там не живут. Лимацины в Баренцевом море встречаются лишь в северной половине, к северу от так называемого «полярного фронта» — линии, где встречаются теплая вода Гольфстрима и холодная арктическая. Поэтому они не могут контактировать с лимацинами Белого моря.

Современная фауна Арктики имеет бурную историю. Совсем недавно по эволюционным меркам, 15 тысяч лет назад, в максимум оледенения, все или почти все арктические моря были круглогодично покрыты льдом, Берингов пролив пересыхал, а Белое море промерзло до дна, перестав быть морем. Животные, населяющие Арктику сейчас, должны были пережить оледенение где-то южнее и потом переселяться на север вслед за отступающими ледниками. Обитатели толщи воды, такие как изученная в этой работе лимацина, могли пережить оледенение в Тихом и Атлантическом океанах. По сходству последовательностей генов COI лимацины делятся на три кластера, или гаплогруппы: Н1, Н2 и Н3. Н1 живет почти по всей Арктике, кроме Белого моря, а также в Тихом океане. Н2 ограничена Баренцевым, Карским и морем Лаптевых. Н3 населяет Белое море. Генетические расстояния между этими гаплогруппами указывают, что Н1 и Н2 разделились около 32±12 тысяч лет назад, то есть во время последнего оледенения. Вероятно, гаплогруппа Н1 пережила ледниковый период в Тихом океане, где она встречается и сейчас, а Н2 — в Атлантике, откуда она по мере таяния льдов переселилась в Баренцево, Карское и море Лаптевых.

Распределение трех гаплогрупп Limacina helicina в морях Арктики. Черный пунктир — «полярный фронт», красный — подводное продолжение Гольфстрима. Рисунок из обсуждаемой статьи

Интересно, что беломорская гаплогруппа Н3 происходит от тихоокеанской Н1, а не от Н2, пережившей оледенение в Атлантике. Время разделения Н1 и Н3 оценивается в 20±10 тысяч лет назад. Хотя Белое море ближе к Атлантическому океану, чем к Тихому, генетические данные указывают на заселение Белого моря лимацинами со стороны Тихого океана. Возможно, при отступлении ледников сначала оттаяла полоса моря вдоль сибирских берегов, а между Гренландией и Скандинавией оставался сплошной ледник, и это позволило морским животным проникнуть через Берингов пролив в Арктику и пройти на запад до Белого моря. Следы заселения Белого моря из Тихого океана уже были показаны для рыб (сельдь, см. H. Laakkonen et al., 2013. Phylogeography of amphi-boreal fish: tracing the history of the Pacific herring Clupea pallasii in North-East European seas) и донных моллюсков (Macoma, см. R. Väinölä, 2003. Repeated trans-Arctic invasions in littoral bivalves: molecular zoogeography of the Macoma balthica complex), а теперь мы видим, что и планктонные виды заселяли Белое море тем же маршрутом.

Предполагаемая история заселения Арктики лимацинами. До оледенения существовала предковая популяция лимацин, охватывающая Арктику, Северную Атлантику и север Тихого океана (A). В ледниковый период лимацины были оттеснены из Арктики в Атлантический и Тихий океаны, и эти две популяции накопили генетические различия (B). При таянии арктического ледяного щита и открытии Берингова пролива лимацины из Тихого и Атлантческого океана стали вновь заселять Арктику — гаплогруппа Н1 с востока и Н2 с запада (C). После таяния ледников Гольфстрим изолировал беломорскую популяцию лимацин от остальной Арктики (D). Рисунок из обсуждаемой статьи

«Перелетев» Арктику, морские бабочки оказались заперты в Белом море. С одной стороны, это обеспечило формирование уникальной популяции, с другой стороны, изоляция Белого моря находится под сильным влиянием климатических изменений и роста температуры воды в Атлантике и Баренцевом море. В будущем эта изоляция будет только усиливаться, отрезая беломорскую группу еще сильнее от арктических собратьев севернее полярного фронта Баренцева моря, а может, и вовсе поставит под угрозу их сущестование в Белом море. Как в стеклянной банке, морской чертик живет в Белом море — своем микромире, который может исчезнуть при дальнейшем потеплении климата.

Эта история показывает, что даже в безграничном океане существуют невидимые границы. Барьеры из температуры, солености и течений могут быть столь же непреодолимы, как материки. Планктон, который несут течения, перемещается по океаническим дорогам среди барьеров, о которых мы только начинаем узнавать.

Источник: Galina A. Abyzova, Tatiana V. Neretina, Mikhail A. Nikitin, Anna O. Shapkina, Alexander L. Vereshchaka. Marine Highways and Barriers: A Case Study of Limacina helicina Phylogeography Across the Siberian Arctic Shelf Seas // Diversity. 2025. DOI: 10.3390/d17080522.

Михаил Никитин