Как бактерия вольбахия влияет на видовое разнообразие
В Алтайском госуниверситете учатся и работают талантливые люди. Среди них увлеченный исследователь Галина Шаповал, аспирантка института биологии и биотехнологии. В 2025 году она стала обладательницей стипендии Президента РФ за научные достижения. «За науку» расспросила биолога о победе, а самое главное, о торфяниковой желтушке и вольбахии: кто это такие и почему их так важно изучать.
На конкурс стипендии Президента РФ было подано 4 682 заявки со всей России. Из них одобрили 500, в числе которых оказалась и заявка Галины Шаповал – аспирантки 4-го курса института биологии и биотехнологии АлтГУ (научный руководитель – профессор кафедры экологии, биохимии и биотехнологии АлтГУ, доктор биологических наук Роман Викторович Яковлев). Параллельно с работой над диссертацией на тему «Эколого-фаунистическая характеристика желтушек (Lepidoptera, Pieridae: Colias) Палеарктики» ученый работает старшим лаборантом-исследователем в Зоологическом институте РАН (г. Санкт-Петербург).
– Бакалавриат и магистратуру я оканчивала в родном Алтайском госуниверситете по направлению «биология». Мои основные научные интересы связаны с молекулярной систематикой бабочек и других групп насекомых – стрекоз, жуков. Молекулярная систематика – важный инструмент, дополняющий существующий уже более двух веков традиционный морфологический подход.
Лежащие в ее основе молекулярно-генетические методы позволяют проводить видовую идентификацию, реконструировать между видами родственные связи, изучать их эволюционную историю, а также историю родов и более крупных таксономических групп, – объясняет Галина Шаповал.
Все заявки на конкурс стипендии Президента РФ оценивались по 100-балльной системе. Причем особое внимание эксперты, оценивавшие заявки, уделяли научным публикациям конкурсанта (у Галины Николаевны уже 27 статей, из них 12 в журналах, индексируемых в Web of Science), его участию в конференциях, съездах и конгрессах, грантам. Дополнительные баллы могло принести и наличие результатов интеллектуальной деятельности (РИД), премий, наград. Один из главных критериев – достижения научного руководителя конкурсанта: количество его высокорейтинговых статей (учитывались только статьи, входящие в первую категорию «белого списка» ВАК) и число защитившихся аспирантов, что, учитывая академический опыт Романа Викторовича, внесло свою лепту в победу молодого ученого.
– Наша научная группа активно занимается вопросами видообразования и межвидовой гибридизации насекомых, изучает роль и влияние эндопаразитических бактерий Wolbachia на эволюцию, филогению и размножение насекомых-хозяев. Эта эндосимбиотическая бактерия заражает в основном насекомых, но также отмечена у других групп членистоногих и некоторых нематод. Вольбахия поразительным образом влияет на своих хозяев, тонко регулируя их размножение, развитие, поведение и даже эволюцию. Вольбахия передается практически исключительно по материнской линии, поэтому ее основная задача – обеспечить успешное размножение самок хозяина. Бактерии, попавшие в организм самца, не могут быть переданы потомству, они обречены на гибель. Поэтому самцы для вольбахии – просто ненужный балласт, напрасная трата ресурсов и эволюционный тупик. За миллионы лет эволюции вольбахия научилась весьма разнообразно и изощренно контролировать размножение своих хозяев, выработав механизмы, позволяющие либо избавиться от самцов, либо использовать их в своих корыстных целях, – уточняет Галина Шаповал.
По словам биолога, вольбахия может вызывать: андроцид – гибель самцов на ранних стадиях эмбрионального развития, что приводит к резкому уменьшению их доли или почти полному исчезновению в природных популяциях хозяина; феминизацию – превращение генетических самцов в функциональных самок с мужским набором хромосом (примечательно, что потомство этих самок будет состоять исключительно из таких же мужеподобных самок); полную элиминацию самцов и переход от полового размножения к партеногенезу, или значительное повышение плодовитости зараженных самок по сравнению с незараженными; цитоплазматическую несовместимость, которая при оплодотворении зараженным самцом незараженной самки приводит к появлению нежизнеспособных эмбрионов, погибающих на ранних стадиях развития.
– Таким образом, вольбахия снижает долю незараженных самок в популяции, исключая их из размножения. Непосредственно в сперматозоид (и, соответственно, со стороны самца в яйцеклетку) вольбахия проникнуть не может, что усложняет задачу, и ей приходится действовать опосредованно через систему специфических белков. Подобная цитоплазматическая несовместимость, когда вольбахия нарушает развитие эмбрионов и препятствует появлению жизнеспособного потомства, может возникнуть не только при оплодотворении зараженными самцами незараженных самок, но и при скрещивании особей, зараженных разными штаммами вольбахии. В этом случае вид оказывается разделенным на два или более «пула» нескрещивающихся между собой особей, то есть фактически разделенным на два и более вида. Инфицирование разными штаммами вольбахии может приводить к так называемому инфекционному видообразованию, – замечает Галина Шаповал.
Важный этап в научной деятельности – практика. Галина Николаевна проходила стажировки в Зоологическом институте РАН (г. Санкт-Петербург), в Зоологическом музее Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (г. Москва), в Институте систематики и экологии животных СО РАН (г. Новосибирск), Музее естественной истории (г. Осло, Норвегия). Участвовала в международных и всероссийских научных конференциях. Полученный опыт, уточняет Галина Шаповал, позволил сформировать научное мышление. И, конечно, наладить контакт с зарубежными коллегами, освоить актуальные научные методы и подходы.
– Сейчас большую часть времени занимает работа над кандидатской диссертацией. Обрабатываю научный материал, собранный этим летом в ходе экспедиций в Республику Карелию и Мурманскую область, в Калининградскую область, в Центральную Россию. Основной целью экспедиционных поездок была обитающая на болотах уникальная бабочка, торфяниковая желтушка, которую наша научная группа изучает в течение многих лет. Нам удалось установить, что бабочки (даже летающие в одной географической точке, на одном болоте) могут очень сильно отличаться генетически.
Причем уровень генетических различий настолько высок, что сопоставим с отличиями, характерными для далеких, неблизкородственных видов. То, что бабочки одного вида могут настолько сильно отличаться генетически, стало настоящим открытием. Мы выяснили, что за появление столь разных генетических линий у торфяниковой желтушки ответственна эндосимбиотическая бактерия, – та самая вольбахия. В ходе экспедиций в разные регионы России мы собираем материал, чтобы выяснить, насколько широко географически распространено у этого болотного вида заражение вольбахией. Надеюсь, защита кандидатской диссертации, которая запланирована на 2026 год в Зоологическом институте РАН, откроет еще более широкие перспективы, – резюмирует Галина Шаповал.
Эльвира ПЕТРЕНЕВА
