Взрывное разнообразие рыб благодаря генетической переработке
Учёные выяснили, что необычайное разнообразие цихлид в африканском озере Виктория стало возможным благодаря «генетической переработке» — повторяющимся циклам появления новых видов и их быстрой адаптации к разным экологическим нишам. Новое исследование проливает свет на то, как 500 видов рыб смогли возникнуть и процветать всего за 16 000 лет.
Сравнив геномы сотен современных видов цихлид, международная команда исследователей под руководством Жоаны Майер и Оле Зеехаузена показала, что гибридизация — слияние генов двух разных видов — позволила цихлидам процветать. Также были идентифицированы уникальные древние гены, стимулировавшие этот процесс.
Результаты, опубликованные 28 сентября в Science, раскрывают причины уникального экологического разнообразия цихлид и дают важное представление о генетической основе адаптивной эволюции.
Цихлиды озера Виктория адаптировались к заполнению почти всех возможных ниш в экосистеме, демонстрируя разнообразие размеров, форм и окрасок. Они считаются классическим примером «адаптивной радиации».
Было неясно, произошла ли эта диверсификация исключительно в озере Виктория за поразительно короткие ~16 000 лет после 4000-летнего сухого периода. Этот темп намного превышает скорость эволюции вьюрков Дарвина, которым потребовались миллионы лет для образования 14 видов.
Команда проанализировала 464 полных генома современных цихлид из озера Виктория и региона Великих Африканских озёр. Результаты подтвердили, что цихлиды озера — это отдельные виды, эволюционировавшие из общего генетического пула после высыхания озера через общее событие гибридизации. Их эволюционная история отмечена повторяющейся «генетической переработкой».
Исследователи установили, что около 16 000 лет назад, когда озеро вновь наполнилось, три популяции болотных цихлид смешались, дав начало гибридным рыбам. Каждая популяция внесла разные варианты генов (например, для охоты или соскребания водорослей). Смешение генов создало большое генетическое разнообразие быстрее, чем накопление новых мутаций.
Гибриды развили разное поведение, заняв различные экологические роли (охота, соскребание водорослей, фильтрация зоопланктона, поедание насекомых), при этом в основном скрещиваясь внутри своих групп. Это привело к быстрому образованию множества видов.
Несмотря на адаптивные различия, их близкое генетическое родство позволило эпизодам гибридизации продолжаться, создавая ещё больше генетических комбинаций. Например, сочетание генов крупных хищников и мелких планктофагов дало начало новой экологической группе карликовых хищников.
«Благодаря циклам гибридизации и диверсификации сохранились бесчисленные вариации унаследованных признаков, накопленные в этих популяциях цихлид за миллионы лет. Современные виды хранят в своих геномах потенциал для быстрой "реконструкции" невероятно полезных специализаций», — говорит профессор Оле Зеехаузен.
«Наши выводы подчёркивают важность для биологии сохранения рассматривать связи между видами, как генетические, так и экологические, а не изолированно. Сохраняя разнообразие видов, мы сохраняем ресурсный пул, который может помочь им адаптироваться к изменениям среды», — добавляет он.
«Гибридизация в природе может быть более распространённой и важной, чем считалось ранее. Геномика позволяет раскрыть эти секреты. Изучая причины успеха этих рыб, мы начинаем различать сами шестерёнки и колёса эволюции», — отмечает доктор Жоана Майер.