Влияние среды на генетику в «Каньоне эволюции»
Исследователи из Института биоинформатики Вирджинии (Virginia Tech) изучили плодовых мушек (Drosophila melanogaster), обитающих на противоположных склонах уникальной природной зоны — «Каньона эволюции» в Израиле. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что именно среда, а не миграция или скрещивание, является главной движущей силой генетических различий между популяциями.
Ключевые факты исследования
Место: «Каньон эволюции» (Mount Carmel, Израиль). Расстояние между основаниями склонов — около 200 метров.
Условия среды:
- Южный склон — тропический, сухой и горячий, получает до в 8 раз больше солнечного излучения.
- Северный склон — более прохладный и влажный, напоминает европейский лес.
Метод: Полное секвенирование генома (whole genome sequencing) всей популяции мушек.
Основное открытие: Обнаружено 572 гена, частота встречаемости которых значительно различается между популяциями на двух склонах. Это подтверждает ранее наблюдаемые различия в термоустойчивости, жизненном цикле и брачном поведении.
Миграция: Миграция мушек между склонами была подтверждена экспериментально (мечение флуоресцентной краской), но её влияние на генофонд оказалось слабее влияния среды.
Научное значение
- Сила естественного отбора: Исследование демонстрирует мощное влияние естественного отбора. Даже при наличии потока генов между склонами различия в микроклимате являются доминирующим фактором генетической адаптации.
- «Острова» адаптации: У мушек с северного склона генетические изменения накапливаются в хромосомных «островах», что указывает на возможное распространение адаптивных мутаций в популяции со временем.
- Модель для изучения изменений климата: Хотя исследование напрямую не коррелирует генетические изменения с глобальным потеплением, изучение адаптации к тепловому стрессу в естественных условиях дает косвенное понимание процессов, важных в контексте быстрых климатических изменений.
Цитаты исследователей
- Павел Михалок (Pawel Michalak): «Разница в микроклимате в этом каньоне, по-видимому, настолько всеобъемлюща, что её достаточно для формирования генетических различий... Основной вопрос о том, как организмы адаптируются к стрессовым условиям, в предстоящие годы станет еще важнее».
- Марта Л. Уэйн (Marta L. Wayne), эксперт, не участвовавшая в работе: «Это действительно сильный естественный отбор. Склоны достаточно близки, и мы знаем, что животные перемещаются между ними, однако отбор настолько силен, что между животными на двух склонах существуют различия».
Вывод: Исследование наглядно показывает, как локальные экологические условия могут формировать геном вида даже на небольшом географическом расстоянии, что имеет значение для понимания биоразнообразия, устойчивости и способности видов адаптироваться.