Как кукушки откладывают яйца, похожие на яйца хозяев, оставаясь одним видом
Европейские кукушки откладывают яйца, сильно различающиеся в зависимости от вида птицы-хозяина. Генетический анализ показал, как эта адаптация наследуется, не приводя к видообразованию.
Ярко-голубые, белые, зеленоватые, крапчатые или полосатые — яйца кукушек демонстрируют необычайное разнообразие. Этот спектр цветов — результат эволюционной гонки с более чем 100 видами птиц-хозяев. Кукушки, как известно, не насиживают яйца, а тайно подкладывают их в гнёзда других видов.
Чтобы птица-хозяин не распознала яйцо кукушки и не выбросила его из гнезда, яйцо должно быть очень похоже на яйца хозяина. Однако каждая самка кукушки откладывает яйца определённого цвета и рисунка. Это предполагает существование различных эволюционных линий обыкновенной кукушки (Cuculus canorus), каждая из которых адаптирована к конкретному виду-хозяину.
Международная команда под руководством эволюционных биологов LMU Джастина Мерондуна и Йохена Вольфа расшифровала генетическую основу этих адаптаций и показала, как кукушка остаётся единым видом. Это требует объяснения, поскольку по мере специализации кукушек к новым хозяевам их популяции могли бы начать генетически расходиться вплоть до образования новых видов.
Для своего исследования учёные проанализировали около 300 геномов обыкновенной и 50 геномов глухой кукушки (Cuculus optatus), её восточного вида-сестры. Затем они проверили, какие варианты генов соответствуют окраске яиц.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Наследование через W-хромосому
«Вопрос был в том: как кукушка может надёжно передать правильный цвет яйца? — говорит Вольф. — Ведь самка может не знать, как выглядит её собственное яйцо».
Предположительно, самка кукушки возвращается в гнездо того типа, в котором выросла сама. Однако для точного совпадения цвета яйца он должен быть закодирован в генах птицы. Ещё в 1930-х годах была выдвинута гипотеза, что ответственные гены находятся где-то в материнской линии.
Текущий анализ подтвердил, что основной цвет яиц обыкновенной кукушки наследуется почти исключительно через женскую половую хромосому — W-хромосому — и митохондрии. Рисунок же в большей степени зависит от аутосомных генов, которые наследуются от обоих родителей. У изученных глухих кукушек, чьи яйца были все зеленовато-белыми и различались только рисунком, исследователи не обнаружили наследования по материнской линии.
Наследование через W-хромосому гарантирует, что дочери всегда откладывают яйца того же основного цвета, что и их матери. Однако для новых адаптаций такой тип наследования неоптимален, так как возможности генетической изменчивости ограничены и сильнее зависят от случайных мутаций, чем в случае ДНК, наследуемой от обоих родителей.
«Поэтому мы были взволнованы, обнаружив, что ген, возможно, участвующий в окраске яиц, явно "мигрировал" с аутосом [неполовых хромосом, наследуемых от обоих родителей] на W-хромосому», — говорит Вольф.
Генный поток сохраняется
Наследование по материнской линии определяет, как генетическая изменчивость распространяется по виду. Когда признаки важны для обоих полов, адаптация к разным хозяевам может быстро развести популяции — и в конечном итоге создать новые виды. У кукушки же самки могут свободно спариваться с любым самцом, не теряя своей адаптации к хозяину. Поток генетической информации через остальную часть генома сохраняется.
«И это именно то, что мы наблюдаем: огромная популяция кукушек по всей Евразии почти генетически идентична в областях ДНК, унаследованных от обоих родителей», — подчёркивает Вольф.
Но это эволюционное преимущество не защищает кукушку от опасностей настоящего. Во многих регионах Европы популяции значительно сокращаются из-за исчезновения мест обитания. «Без нетронутых местообитаний эта увлекательная система рискует исчезнуть у нас под носом», — предупреждает Вольф.