Wody Prądu Zatokowego i rzeki Leny okazały się barierami oddzielającymi populacje arktycznego planktonu

Zwierzęta morskie zazwyczaj łatwo się rozpraszają, ponieważ są przenoszone przez prądy. Nowe badanie rosyjskich naukowców, wykorzystujące planktoniczny mięczak Limacina helicina jako przykład, pokazuje, że istnieją również nieoczywiste bariery dla ich rozprzestrzeniania. Limacina helicina zamieszkuje wszystkie morza arktyczne, ale analiza genetyczna wykazała, że w rzeczywistości dzieli się na trzy izolowane populacje, zlokalizowane w zachodniej i wschodniej połowie Arktyki oraz w Morzu Białym. Populacja Morza Białego jest odcięta od reszty przez ciepłe wody Prądu Zatokowego, a bariera między populacjami zachodnimi i wschodnimi przebiega wzdłuż granicy Morza Łaptiewów i Morza Wschodniosyberyjskiego i jest tworzona przez słodkie wody rzeki Leny. Ponadto analiza genetyczna ujawniła burzliwą historię Limacina helicina w epoce lodowcowej. Te mięczaki przetrwały zlodowacenie na Oceanie Atlantyckim i Spokojnym, a gdy lód stopniał, zasiedliły Arktykę z obu stron.

Żaden pojedynczy gatunek zwierząt ani roślin nie zasiedlił całej powierzchni Ziemi. Każdy gatunek ma swoje własne siedlisko – miejsce, w którym występuje. Biogeografia bada siedliska zwierząt i czynniki je determinujące. Jednym z głównych takich czynników są bariery geograficzne, które uniemożliwiają zwierzętom osiedlanie się. Na przykład zwierzętom lądowym trudno jest dostać się na odległą wyspę lub odizolowany kontynent, a rybom trudno jest przedostać się z jednego jeziora do drugiego, jeśli nie są połączone rzekami. W ten sposób powstają unikalne fauny, na przykład w Australii czy na jeziorze Bajkał, których większość gatunków nie występuje nigdzie indziej.

Ale czy na otwartym oceanie mogą istnieć takie bariery utrudniające zasiedlenie? Większość zwierząt morskich jest zdolna do pływania w toni wodnej, przynajmniej w stadium larwalnym, a prądy mogą je przenosić na duże odległości. Dlatego w oceanie zwierzęta często zasiedlają całą strefę klimatyczną, która im odpowiada. Na przykład, rozgwiazda pospolita Asterias rubens zamieszkuje wybrzeża Oceanu Atlantyckiego i jego mórz, od Morza Czarnego do Morza Białego i od Florydy po Grenlandię. Jednak nawet dla dobrze pływających zwierząt w morzu mogą istnieć niewidzialne bariery, jak wykazały nowe wspólne badania naukowców z Instytutu Oceanologii Rosyjskiej Akademii Nauk i Uniwersytetu Moskiewskiego.

Bohaterem naszego artykułu jest mięczak Limacina helicina . Ten niewielki (do 10 milimetrów) ciemnofioletowy stworek pływa, trzepocząc dwiema płetwami przypominającymi skrzydła. Płetwy te są modyfikacją nogi, podstawowego narządu ruchu mięczaków. Ze względu na trzepotanie płetwami Limacina nazywana była „motylem morskim”, a ze względu na ciemny kolor – „diabłem morskim”. Limacina filtruje wodę, zbierając z niej mikroalgi, które stanowią podstawę jej pożywienia. Preferuje zimne wody o temperaturze nie wyższej niż 5 stopni Celsjusza i najlepiej czuje się w lodowatej wodzie na skraju arktycznego lodu. Zamieszkuje wszystkie morza arktyczne, a także północną część Oceanu Spokojnego (Morze Ochockie i Morze Beringa, Zatokę Alaską ). Limacina może osiągnąć ogromną liczebność i stanowi ważny element diety szerokiej gamy zwierząt, od małych ryb po wieloryby. Muszle limacina opadają na dno oceanu po śmierci gospodarza, zabierając ze sobą związany w postaci węglanu dwutlenek węgla. W związku z tym limacina odgrywają znaczącą rolę w absorpcji dwutlenku węgla przez ocean.

Omawiana praca obejmowała analizę genetyczną limacyn zebranych w całym rosyjskim sektorze Arktyki — od Ziemi Franciszka Józefa po Morze Wschodniosyberyjskie. Ponadto wykorzystano dane od współpracowników z różnych krajów dotyczące limacyn z wybrzeży Spitsbergenu, Alaski i Oceanu Spokojnego. Porównanie sekwencji genów COI 834 osobników wykazało, że w Arktyce istnieje nie jedna, ale trzy genetycznie izolowane populacje limacyn. Jedna populacja zamieszkuje morza zachodniej Arktyki — Morze Barentsa, Morze Karskie i Morze Łaptiewów. Inna żyje dalej na wschód, w Morzach Wschodniosyberyjskim, Czukockim i Beauforta. Trzecia populacja jest izolowana w Morzu Białym. Dlaczego limacyn z różnych populacji nie mieszają się, mimo że prądy mogą je przenosić przez Arktykę? Jakie bariery ograniczają ich rozprzestrzenianie?

Limakiny są wybredne pod względem parametrów wody, zwłaszcza temperatury i zasolenia. Preferują zimną wodę, nie cieplejszą niż 4-5 stopni, o normalnym zasoleniu oceanicznym 3,4% i giną, gdy odsalanie spada poniżej 2,8%. To temperatura i zasolenie tworzą bariery między populacjami. Morze Łaptiewów jest pod wpływem silnego dopływu słodkiej wody z rzeki Leny. Górne 20-25 metrów wody w Morzu Łaptiewów są odsalane przez Lenę do 2% soli, a nawet mniej. Limakiny unikają takiego odsalania i schodzą na głębokości, gdzie zasolenie jest dla nich normalne. Jednak Cieśniny Sannikowa i Dmitrija Łaptiewa, łączące Morze Łaptiewów z Morzem Wschodniosyberyjskim, są płytkie: głębokości w nich nie przekraczają 18 metrów i są wypełnione odsoloną wodą, nie do pokonania dla limakin. A dalej na północ, gdzie kończy się dopływ rzeki Lena, wody Morza Łaptiewów są niesione na północ przez Prąd Transarktyczny , pod pokrywę lodową, a uwięzione w nim limakiny trafiają na brzegi Kanady i Grenlandii, a nie Czukotki. Wcześniej taka bariera słodkowodna znana była tylko dla tropikalnego Atlantyku – dopływ słodkiej wody z ujścia Amazonki dzieli populacje ryb rafowych na północne i południowe.

Druga bariera blokuje populację limacina z Morza Białego i również jest związana z właściwościami wody. Tyle że nie są to słodkie wody Leny, lecz ciepłe wody Zatoki. Południowa część Morza Barentsa, dzięki Zatoce, jest zbyt ciepła dla limacina (powyżej 6 stopni Celsjusza) i tam nie występują. Limacina w Morzu Barentsa występuje tylko w północnej części, na północ od tzw. „frontu polarnego” – linii, gdzie spotykają się ciepłe wody Zatoki i zimne wody Arktyki. Dlatego nie mogą one zetknąć się z limacinami z Morza Białego.

Współczesna fauna Arktyki ma burzliwą historię. Całkiem niedawno, ewolucyjnie rzecz biorąc, 15 000 lat temu, u szczytu zlodowacenia, wszystkie lub prawie wszystkie morza arktyczne były pokryte lodem przez cały rok, Cieśnina Beringa wyschła, a Morze Białe zamarzło do dna, przestając być morzem. Zwierzęta zamieszkujące dziś Arktykę musiały przetrwać zlodowacenie gdzieś dalej na południe, a następnie migrować na północ wraz z cofającymi się lodowcami. Mieszkańcy toni wodnej, tacy jak badane w tej pracy limacina, mogli przetrwać zlodowacenie w oceanach Spokojnym i Atlantyckim. Na podstawie podobieństwa sekwencji genów COI , limacina dzielą się na trzy klastry, czyli haplogrupy : H1, H2 i H3. H1 żyje w prawie całej Arktyce, z wyjątkiem Morza Białego, a także w Oceanie Spokojnym. H2 jest ograniczona do Morza Barentsa, Karskie i Łaptiewów. H3 zamieszkuje Morze Białe. Odległości genetyczne między tymi haplogrupami wskazują, że H1 i H2 rozdzieliły się około 32 ± 12 tysięcy lat temu, czyli podczas ostatniego zlodowacenia. Prawdopodobnie haplogrupa H1 przetrwała epokę lodowcową na Oceanie Spokojnym, gdzie występuje do dziś, a H2 na Atlantyku, skąd wraz z topnieniem lodu migrowała do Morza Barentsa, Karskie i Łaptiewów.

Ciekawe, że haplogrupa H3 Morza Białego pochodzi z Pacyfiku H1, a nie z H2, która przetrwała zlodowacenie na Atlantyku. Czas oddzielenia się H1 i H3 szacuje się na 20 ± 10 tysięcy lat temu. Chociaż Morze Białe jest bliżej Oceanu Atlantyckiego niż Pacyfiku, dane genetyczne wskazują, że Limaciny zasiedliły Morze Białe z Oceanu Spokojnego. Być może, gdy lodowce ustąpiły, pas morza wzdłuż wybrzeża Syberii rozmroził się pierwszy, a między Grenlandią a Skandynawią pozostał ciągły lodowiec, co pozwoliło zwierzętom morskim przedostać się przez Cieśninę Beringa do Arktyki i podróżować na zachód do Morza Białego. Ślady zasiedlenia Morza Białego z Oceanu Spokojnego zostały już wykazane w przypadku ryb (śledzi) i mięczaków dennych ( macoma ), a teraz widzimy, że gatunki planktonowe zasiedliły Morze Białe tą samą trasą.

Po „przelocie” nad Arktyką, motyle morskie znalazły się w Morzu Białym. Z jednej strony zapewniło to powstanie unikalnej populacji, z drugiej strony izolacja Morza Białego jest silnie uzależniona od zmian klimatu i wzrostu temperatury wody w Atlantyku i Morzu Barentsa. W przyszłości izolacja ta będzie się tylko pogłębiać, jeszcze bardziej odcinając grupę motyli z Morza Białego od ich arktycznych odpowiedników na północ od frontu polarnego Morza Barentsa, a nawet może zagrozić ich istnieniu w Morzu Białym. Niczym w szklanym słoiku, diabeł morski żyje w Morzu Białym – swoim własnym mikrokosmosie, który może zniknąć wraz z dalszym globalnym ociepleniem.

Ta historia pokazuje, że nawet w rozległym oceanie istnieją niewidzialne granice. Bariery temperatury, zasolenia i prądów mogą być równie nieprzeniknione jak kontynenty. Plankton, niesiony prądami, przemieszcza się po oceanicznych autostradach, pośród barier, które dopiero zaczynamy rozumieć.

Źródło: Galina A. Abyzova, Tatiana V. Neretina, Mikhail A. Nikitin, Anna O. Shapkina, Alexander L. Vereshchaka. Autostrady i bariery morskie: studium przypadku filogeografii Limacina helicina w morzach szelfowych Syberii Arktycznej // Różnorodność . 2025. DOI: 10.3390/d17080522.

Michaił Nikitin