Как обмен генами между видами влияет на эволюцию дарвиновых вьюрков
Несмотря на традиционный взгляд, что виды не обмениваются генами путем гибридизации, последние исследования показывают, что поток генов между близкородственными видами встречается чаще, чем считалось ранее. Ученые из Университета Уппсалы и Принстонского университета сообщают, как поток генов между двумя видами дарвиновых вьюрков повлиял на форму их клюва. Исследование опубликовано в Nature Ecology & Evolution.
Дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах — пример быстрой адаптивной радиации, в ходе которой за 1–2 миллиона лет из общего предкового вида образовалось 18 видов. Некоторые из этих видов разделились всего несколько сотен тысяч лет назад или даже меньше.
Розмари и Питер Грант из Принстонского университета, соавторы исследования, изучали популяции вьюрков на маленьком острове Дафне-Мейджор 40 лет подряд и наблюдали эпизодическую гибридизацию между двумя разными видами: кактусовым земляным вьюрком и средним земляным вьюрком. Кактусовый вьюрок немного крупнее, имеет более заостренный клюв и приспособлен питаться кактусами. У среднего земляного вьюрка более тупой клюв, и он специализируется на семенах.
«За годы мы наблюдали случайную гибридизацию между этими видами и заметили сближение формы клюва. В частности, клюв кактусового вьюрка стал тупее и больше похож на клюв среднего земляного вьюрка», — говорят Розмари и Питер Грант. Ученые задались вопросом, можно ли объяснить это эволюционное изменение потоком генов между видами.
«Мы исследовали этот вопрос, секвенировав группы двух видов из разных временных периодов и с разной морфологией клюва. Мы получили доказательства существенного потока генов, в частности от среднего земляного вьюрка к кактусовому земляному вьюрку», — объясняет Сангит Ламичханей, один из первых авторов, ныне доцент Университета Кент Стейт.
«Неожиданным открытием стало то, что наблюдаемый поток генов был значительным на большинстве аутосомных хромосом, но незначительным на Z-хромосоме, одной из половых хромосом», — говорит Фан Хан из Университета Уппсалы, анализировавшая данные в рамках своей докторской диссертации. У птиц половые хромосомы — ZZ у самцов и ZW у самок, в отличие от млекопитающих с XY у самцов и XX у самок.
«Этот интересный результат отлично согласуется с нашими полевыми наблюдениями на Галапагосах», — поясняют Гранты. «Мы заметили, что у большинства гибридов отцом был кактусовый вьюрок, а матерью — средний земляной вьюрок. При этом гибридные самки успешно скрещивались с самцами кактусового вьюрка и таким образом передавали гены от среднего земляного вьюрка популяции кактусового вьюрка. В отличие от них, гибридные самцы были меньше самцов кактусового вьюрка и не могли успешно конкурировать за качественные территории и партнерш».
Эта модель спаривания объясняется тем, что дарвиновы вьюрки запечатлевают песню отца: сыновья поют похожую песню, а дочери предпочитают спариваться с самцами, поющими как их отец. Кроме того, гибридные самки получают Z-хромосому от отца-кактусового вьюрка, а W-хромосому — от матери-земляного вьюрка. Это объясняет, почему гены на Z-хромосоме не могут перетекать от среднего земляного вьюрка к кактусовому через этих гибридных самок, тогда как гены в других частях генома могут, потому что родители гибрида вносят равный вклад.
«Наши данные показывают, что приспособленность гибридов двух видов сильно зависит от условий окружающей среды, влияющих на обилие пищи», — говорит Лейф Андерссон из Университета Уппсалы и Техасского университета A&M. «То есть от того, насколько гибриды с их комбинацией генетических вариантов от обоих видов могут успешно конкурировать за пищу и территорию. Следовательно, долгосрочный результат продолжающейся гибридизации будет зависеть как от факторов среды, так и от конкуренции».
«Один сценарий — два вида сольются в один, объединив генетические варианты. Но более вероятно, что они продолжат вести себя как два вида и либо будут эпизодически обмениваться генами, либо разовьют репродуктивную изоляцию, если гибриды в какой-то момент окажутся менее приспособленными, чем чистокровное потомство. Это исследование углубляет наше понимание того, как развивается биоразнообразие», — заключает Андерссон.