《生意人报》科学专栏: 位于70度纬度的水蛭。探寻使北极蠕虫颜色变深的原因

2016年，我们来自波德戈里察市黑山大学的动物学家同事弗拉基米尔·佩西奇和克莱门斯·格罗瑟发现并描述了一个淡水水蛭的新物种Glossiphonia balcanica。如其学名所示，它被认为是巴尔干半岛的特有物种。然而，令我们非常惊讶的是，这种“南欧特有”的物种几乎是Glossiphoniidae科在北极和亚北极地区最常见的代表物种。

遗传分析帮助了在冰岛、科拉半岛、极地乌拉尔、普托拉纳高原的水体中发现该类水蛭。此外，G.balcanica在俄罗斯欧洲部分的北面（阿尔汉格尔斯克地区）和伏尔加河流域的上游（莫斯科地区）也有记载。而它在巴尔干半岛的出现表明，这个半岛曾经是物种遗区（隐蔽处）的所在地，在那里仍然保存着第四纪动物群的遗骸，冰河时期这些动物已经在欧洲其他地区灭绝了。

这个物种的生态学也表明了它的北方起源。在巴尔干地区，G. balcanica栖息在山区水流湍急的溪流中，那里的温度比欧洲南部的典型温度低得多。该物种也在相对寒冷的斯卡达尔湖中被发现。因此，巴尔干水蛭绝不是南欧的特有物种，而是一种残遗种，巴尔干地区显然也可以被看作是冰河时代动物群的“保护区”。

经历过北极的考验

熟悉高纬度地区的生物学家和旅行家从未将其描述为“动物学沙漠”。相反，那些得以渗透到这些荒凉地区的物种，适应了那里的条件，获得了一种独特的生态“奖励”，随着来自它们栖息地的猛兽和竞争者压力的减少，因此它们有机会占据比热带和亚热带更大的栖息地。所有“阳光洒过的地方”早已被分割，最令人绝望的生存斗争正在那里发生。

淡水水蛭是这类物种的一个很好的例子，它在传统意义上被认为是不太典型的极地动物群。在水蛭学（拉丁语中专门研究水蛭的动物学领域Hirudo）中，人们认为，在高纬度地区，这些贫毛类只代表少数物种，零星出现，很少能达到较多的数量。

我们的科学团队由来自阿尔汉格尔斯克、圣彼得堡、莫斯科和苏尔古特的科研机构和大学的专家组成，他们多年来一直在研究北极水蛭。在这段时间里，我们团队的工作人员访问了北极和亚北极地区的许多地方（不仅在俄罗斯，而且在加拿大，阿拉斯加），并收集了此类生物中最具代表性的样本，这些生物对大多数远离科学的人来说，通常是不美观的，甚至是令人厌恶的生物。专业动物学家对此持有不同的看法。

水蛭是一种古老、有趣、复杂的动物，无疑具有研究价值。它们的重要性不仅在于其本身，还在于它们与它们的饲养者（被水蛭吸食血液的动物，这不仅包括人类和大型哺乳动物，还有鸟类、鱼类、软体动物，甚至水生昆虫幼虫）。通过研究北极水蛭的起源及其在历史上的迁移轨迹，我们可以了解到整个北极生态系统的动物群是如何形成的，哪些过程影响了它的现有外观，以及在可预见的未来，生态系统对当前全球变化如何“反应”。换言之，水蛭帮助我们找到许多具有一定实际意义的基本科学问题的答案。

动物学的高科技

仅凭 “眼睛”对动物进行分类的时代已经过去很久了，根据它们的体型和颜色、大小等特征的相似性和差异，很容易进行识别，但也很难评价它们的真实意义。所有这些特征都是高度可变的，因此在定义它们时不可避免地会带有强烈的主观性。这就是为什么整个动物学的历史充满了专家之间关于如何正确区分动物种类以及它们之间的区别的无休止争论。在这方面，水蛭也不例外。

现代动物学是一门高科技科学。专家们并没有完全放弃使用动物的外部结构特征，但他们现在更相信基因分析的结果，当他们对许多生物的DNA片段（或整个基因组）进行直接比较时，能够更客观地确定他们之间的亲缘关系，以及亲缘关系的程度。这是因为遗传特征受栖息环境的影响要小得多，“DNA文本”不像解剖学和形态学特征那样变化那么大，因此可作为一个可靠的亲缘关系和起源的指标。

此外，在某些条件下，使用这些遗传数据甚至可以尝试确定某一动物群体的年龄，以百万年或千万年为单位（折整计算，不精确到年甚至千年）。对于水蛭和其他软体动物来说，它们的化石遗迹很少保存在古生物记载中，这一点尤其重要。对我们来说，这为将动物群的历史与过去的地质事件联系起来提供了额外的可能性。如今，生物体的遗传相似性的计算是通过使用数百个样本进行的，每个样本可以由数百个核苷酸对（遗传文本“字母”）表示。超级计算机建模用于处理如此大量的信息并创建系谱树。

最北端的水蛭

到目前为止，我们只研究了一种水蛭科，即所谓的glossiphoniidae，属于蜗壳或扁舌蛭。通过从北极水域和南部地区收集的大量该种群样本，我们能够证明，高纬度地区glossiphoniidae的实际物种丰富度远远比人们通常认为的要高得多。可以说，这项研究发现了属于科学上新物种的六个物种和一个科属。

在北极水域中共发现14种该科属物种，远远高于近期的科学预测数据。这些物种中的一部分为“隐性”。在动物学中，我们通常将外部结构和解剖学方面几乎没有差异，但在遗传学上有很大差异的物种称之为隐性物种。如果没有现代分子分析方法，几乎不可能发现它们的存在。

一种大型水蛭特别有趣，我们将其归类为一个新的科属，并将其命名为Hyperboreomyzon polaris。在俄语中，它可以翻译为“极地希波利尔水蛭”。到目前为止，我们手中只有这种软体虫的两个样本，一个来自科尔古耶夫岛，另一个来自泰梅尔南部的普托兰高原。新物种的所有信息仅源自这三个样本。奇怪的是，尽管研究俄罗斯北极水蛭的历史有近两个世纪之久，但我们的前辈却没有发现这种巨大而独特的水蛭。

一种可能的解释是，它是北极古老的、非常罕见的残遗物种，只生活在难以到达的地方。我们不能排除将来会在亚洲某个高山区域，例如维尔霍扬斯克山脉、萨亚纳山脉或阿尔泰山脉的某处发现Hyperboreomyzon。正是在这些山脉中有一些“避难所”，冰河时期的其他残遗物种在那里才得以幸存下来，其中可能包括我们所发现的水蛭。这种“与地理有关的故事”是完全可能的，这一点从开头描述的“巴尔干”水蛭的故事中可以清楚地看出，这种水蛭在分布上更像希波利尔水蛭。

Glossiphoniidae水蛭在另一方面却是记录保持者。我们的数据库中记录的最北端的水蛭样本采集于泰梅尔半岛哈坦加村北纬72°。在这些高纬度地区发现四个物种群：Glossiphonia balcanica、G.concolor、G.mollissima和Helobdella stagnalis。有未经证实的数据显示，一些水蛭生活在泰梅尔湖，一个位于位于北纬74-75°更北的巨大湖泊。在任何情况下，泰梅尔水蛭都是这个种群在全球范围内最北端的“最北极”的代表。这给研究人员提出了一些有趣的问题，即他们必须研发出什么样的设备才能到达如此遥远的北方。

黑色素的重要作用

其中一种适应性可能是所谓的高纬度黑化，我们首先在这个科属的水蛭中注意到此现象。一般来说，黑化是指在一个物种（黑猫和黑狗，黑发或黑皮肤的人等等）中存在的深色性状。我们在北极水域中收集到的几种蜗壳水蛭中，这种黑化样本在群体中所占的比例异常高。由于这不是在一个物种中发现的，所以这不可能是一个简单的巧合问题。但是，是什么使高纬度地区的水蛭表现出颜色变深的趋势呢？要回答这个问题，必须进行专门的实验研究。目前，我们只能提供一些假设性的解释。

众所周知，在陆地和水生节肢动物中，深色个体的出现频率随着地理纬度和海拔的升高而增加。显而易见，深色的身体似乎有利于吸收更多的太阳热量，这在高纬度地区是非常有用的，也可以防止紫外线辐射，这在山区是一个优势。我们可以想象，生活在高纬度的黑发人也可以从中受益。或者在相对较深的北极湖泊中，它们对潜在的捕食者来说不那么明显？我们希望未来会弄清楚这一点。

北极水蛭的研究是在俄罗斯科学基金会的支持下进行的，项目编号19-14-00066-П。

马克西姆·维纳斯基，圣彼得堡国立大学教授，无脊椎动物宏观学和生物地理学实验室主任。