Индо-Западная часть Тихого океана является крупнейшей и наиболее биологически разнообразной морской экосистемой на Земле, и многие виды, обитающие в ней, имеют сравнительно широкие ареалы. В своей работе "Происхождение видов" Чарльз Дарвин отметил, что "...многие рыбы обитают от Тихого до Индийского океана, а многие раковины распространены на восточных островах Тихого океана и восточных берегах Африки, на почти точно противоположных меридианах широты".

На первый взгляд, такая же картина наблюдается и у крабов. Хлородиеллиновые крабы, распространенные на коралловых рифах, выглядят настолько похоже, что ученые с трудом различают виды этой группы, основываясь только на внешнем виде. Однако новое исследование выявило удивительное исключение из правила единообразия в Индо-Западной части Тихого океана. В то время как виды хлородиеллиновых крабов с непересекающимися ареалами часто почти идентичны, те, что обитают в одном регионе, имеют уникальную особенность.

"Все они выглядят одинаково, пока вы не сравните их гоноподы, которые структурно сложны и очень специфичны для каждого вида", - говорит ведущий автор и бывший постдокторант Музея естественной истории Флориды Роберт Ласли.

Гоноподы - это специализированные придатки, используемые для размножения, которые неоднократно эволюционировали в различных группах членистоногих, включая ракообразных, мотыльков, бабочек и многоножек. Они используются для переноса спермы и сцепления, а у крабов иногда снабжены сложными рюшами, которые придают им вид лопаточки с ирокезом.

Ласли, который в настоящее время является куратором ракообразных в биохранилище Университета Гуама, хотел выяснить, существует ли какая-либо закономерность в кажущейся бесконечной, ненаправленной вариации их гоноподов. Для этого ему нужно было внимательно изучить виды по всей Индо-Западной части Тихого океана, и он усердно собирал образцы в течение более десяти лет. Он участвовал в многочисленных морских экспедициях в Красном море, Сингапуре, Австралии и на островах Феникс, паря в дюймах над рифовыми ландшафтами в поисках крабов, прячущихся среди коралловой мелочи.

Хлородиеллиновые крабы особенно разнообразны в так называемом коралловом треугольнике, где открытое море пронизано огромным архипелагом, простирающимся от Индонезии до Соломоновых островов. На мелководье вокруг этих островов обитает около 76% всех видов кораллов в мире и более четверти всех рыб коралловых рифов. Хлородиеллиновые крабы, большинство из которых вырастают размером не больше кукурузного зерна, занимают место у основания пищевой цепи в этих экосистемах.

"Они являются одними из самых распространенных ракообразных коралловых рифов, что делает их очень важными", - говорит Ласли. "Они живут в многоквартирных домах из мертвых кораллов, и их так много, что каждый раз, когда вы поднимаете кусок рифа, они высыпаются наружу".

Прежде чем Ласли смог определить, почему у них такие дико разные гоноподы, ему сначала нужно было выяснить, как виды хлородиеллинов связаны друг с другом, что он и сделал с помощью анализа ДНК, выделенной из музейных образцов. Затем авторы добавили информацию об ареале обитания каждого вида и форме их гонопод.

То, что они обнаружили, привело их к одной из самых загадочных загадок морской биологии. Существует несколько ключевых компонентов, необходимых естественному отбору для создания новых видов, но два из них являются наиболее важными: генетическая изменчивость и изоляция. На суше бродячие животные постоянно изолируются, но в морской среде этот шаг в процессе видообразования может оказаться более трудным.

Многие морские беспозвоночные, в том числе крабы, имеют личиночную стадию, в которой отдельные особи дрейфуют по мировому океану в виде микроскопического планктона. При их высокой способности к расселению на большие расстояния, как им удается оставаться изолированными достаточно долго, чтобы эволюция могла породить разнообразие?

Натуралисты, такие как Дарвин, рассматривали Индо-Западную часть Тихого океана как один огромный водоем, не прерываемый географическими барьерами, такими как океанические рифты или непродуктивные мертвые зоны, которые в противном случае могли бы послужить катализатором в процессе видообразования.

Результаты данного исследования показывают, что расстояние и время также могут выступать в качестве барьеров. Ареал многих хлородиеллиновых крабов простирается через всю Индо-Западную часть Тихого океана. Генетический анализ показал, что эти криптические виды медленно накапливали различия в своей ДНК на протяжении миллионов лет.

Но только когда близкие родственники воссоединялись после длительной разлуки, эти генетические различия проявлялись одним и тем же необычным способом. Почти в каждом случае близкие родственники с перекрывающимися ареалами обитания имели гоноподы уникальной формы, но в остальном выглядели совершенно одинаково.

"Мы можем сказать, что эти крабы начинают генетически расходиться в разных географических областях, и расхождение гонопод является важной частью процесса видообразования, который происходит в хвостовой части", - сказал он.

Ласли не уверен, почему эти гоноподы начинают изменяться только тогда, когда два вида находятся в непосредственной близости друг от друга, но он подозревает, что это что-то присущее способу размножения этих крабов, что он намерен проверить в будущих исследованиях. Пока же полученные результаты свидетельствуют о том, что в сердце самой богатой видами морской экосистемы Земли существует гораздо больше вариаций, чем предполагалось ранее, а движущая сила ее разнообразия еще не полностью обнаружена.

Работа опубликована в журнале Molecular Phylogenetics and Evolution.