Исследование цихлид озера Виктория раскрывает механизмы быстрой адаптации видов
Биологи используют термин «адаптивная радиация» для описания явления, когда новые виды быстро эволюционируют от предкового вида, часто в ответ на изменения среды, ведущие к появлению новых экологических ниш. Чтобы понять этот процесс, ученые часто обращаются к цихлидам озера Виктория, где за последние 14 600 лет эволюционировало более 500 видов рыб. Как объясняет профессор Токийского технологического института Масато Никаидо: «Уровень генетической дифференциации между видами считается очень низким из-за короткого периода времени, прошедшего с начала их эволюции. Эта ограниченная дифференциация дает нам отличную возможность найти гены-кандидаты, которые внесли вклад в адаптивную радиацию и видообразование».
Предыдущие исследования показали, что виды, обитающие на разных глубинах озера, значительно различаются по аллелям гена, определяющего зрительные способности. Мотивированные этими данными, профессор Никаидо и его коллеги, включая ученых из Института рыболовства Танзании, решили подробнее изучить генетические процессы адаптации к разным условиям среды. Они проанализировали геномы трех видов цихлид озера Виктория:
- Haplochromis chilotes и H. sauvagei, обитающих только на каменистых берегах,
- Lithochromis rufus, населяющего разнообразные среды дна озера (каменистые и песчаные участки, зоны с растительностью).
Результаты исследования скоро будут опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.
Сравнение геномных данных выявило 678 различных генов, расположенных в областях генома с существенными межвидовыми различиями. Исследователи рассматривают эти гены как потенциально ключевые для адаптивной радиации. Они идентифицировали:
- 43 гена, специфичных для H. chilotes,
- 54 гена — для H. sauvagei,
- 63 гена — для L. rufus.
Некоторые из этих генов связаны с поведенческими переменными, такими как циркадные ритмы, локомоция и развитие сенсорных систем.
Геномный анализ также выявил признаки так называемых «событий селективного замещения» (selective sweep), когда давление отбора заставляет полезную мутацию быстро увеличивать свою частоту в популяции и становиться общей для всех особей вида. Более того, многие виды-специфичные аллели, по-видимому, существовали вместе с несколькими альтернативными аллелями еще до начала адаптивной радиации, которая привела к появлению разных видов рыб.
Эти анализы дают новое представление о генетических процессах, лежащих в основе адаптивной радиации. Как отмечает профессор Никаидо: «Наш анализ раскрыл процессы видово-специфичной адаптации цихлид озера Виктория и сложность геномного субстрата, который облегчил эту адаптацию».
Особенно интересным открытием является свидетельство того, что виды-специфичные генетические аллели произошли из уже существовавшей генетической вариации. Это может быть полезно для биологов, изучающих процессы адаптивной радиации в разных средах.