Новое исследование Мичиганского университета (UM), связанное со скрещиванием двух видов обезьян-ревунов в Мексике, дало ученым более широкое представление о силах, которые управляют эволюцией новых видов.
Как появляются новые виды в природе? Одна распространенная, но слишком упрощенная версия этого процесса выглядит следующим образом: популяция животных или растений попадает в географическую изоляцию – например, из-за реки, которая сменила свой курс, или из-за возникшего горного хребта – и две отдельные группы начинают накапливать генетические различия путем адаптации к изменившейся окружающей среде.
В конце концов, ДНК этих двух групп получают массу отличий друг от друга, поэтому ученые начинают считать эти популяции разными видами. Вуаля – произошло видообразование.
В действительности этот процесс выглядит значительно сложнее. Хоть географическая изоляция и может запустить процесс видообразования, однако биологи-эволюционисты полагают, что существуют другие силы, включая различные формы естественного отбора, которые могут помочь завершить его.
Новое исследование UM представляет редкие эмпирические доказательства того, что множественные формы естественного отбора, включая так называемое «усиление», помогают завершить процесс видообразования в естественной «гибридной зоне» ревуна. Речь идет о месте, где сосуществуют два вида этих обезьян, которые иногда скрещиваются друг с другом – это называется гибридизацией.
Соответствующая научная работа будет опубликована сегодня, 22 декабря, в журнале Molecular Ecology. В этой статье рассказывается о том, что исследователи изучили зону гибридных приматов, чтобы идентифицировать части генома, которые могут содержать гены, лежащие в основе видообразования, и проверить признаки сил отбора, которые сформировали их.
«Мы наблюдали за закономерностями в генетических данных, свидетельствующими о том, что гибридизация играет непосредственную роль в завершении процесса видообразования путем усиления генетических различий между видами», – отметила кандидат наук Марселла Байз из Мичиганского университета, первый автор исследования. Над этой работой также трудились Присцилла Такер и Лилиана Кортес-Ортис из кафедры экологии и эволюционной биологии UM.
«Мы обнаружили сигналы множества форм естественного отбора, которые приводят к появлению новых видов, включая спорный процесс под названием усиление. Этот результат особенно примечателен тем, что эмпирические доказательства по этой теме встречаются крайне редко, особенно генетические», – отметила Байз.
Два вида (черные ревуны и колумбийские ревуны), на основе изучения которых построено данное исследование, разошлись около 3-х миллионов лет назад и жили отдельно друг от друга до относительно недавнего времени, пока снова не вступили в контакт. Это произошло в течение последних 10 000 лет в общей гибридной зоне, расположенной в юго-восточном мексиканском штате Табаско.
Ранее эти виды были охарактеризованы как группа фактически или потенциально скрещивающихся особей, которые изолированы от прочих подобных групп в репродуктивном плане. Концепция репродуктивной изоляции носит ключевой характер в этом определении и означает, что, несмотря на любую гибридизацию, оригинальные виды сохраняют свою уникальность.
Однако современный взгляд на то, что можно считать видом, не предполагает полной репродуктивной изоляции. К тому же было обнаружено, что гибридизация весьма распространена в дикой природе.
В гибридной зоне обезьян-ревунов в Мексике, в которой Кортес-Ортес из UM и ее коллеги работали на протяжении последних двух десятилетий, удалось собрать достаточное количество образцов ДНК, чтобы подтвердить тот факт, что черные и колумбийские ревуны скрещиваются между собой и дают гибридное потомство. Наличие гибридизации между двумя группами означает, что репродуктивная изоляция не является полной.
Биологи-эволюционисты полагают, что различные давления со стороны естественного отбора могут помочь завершить процесс, усилив барьеры для смешения генов между двумя группами, подталкивая их к полной репродуктивной изоляции.
А поскольку естественный отбор предпочтителен к организмам, которые успешно размножаются, то он имеет предубеждения по отношению к гибридам, иногда гибнущим перед размножением или вовсе неспособным размножаться.
Естественный отбор пытается не позволить появляться на свет этим «непригодным» гибридам. Одним из способов сделать это является постепенное увеличение генетических различий между двумя группами организмов – в данном случае между черными и колумбийскими ревунами – чтобы им было сложнее спариваться и производить гибридных потомков.
Работая в данном направлении, естественный отбор усиливает репродуктивную изоляцию, увеличивая генетические различия. Этот процесс называется усилением; хоть эта идея была впервые выдвинута более одного столетия назад, однако эмпирических данных, подтверждающих ее, крайне мало.
Для проверки наличия усиления Байз и ее коллеги сравнили ДНК черных и колумбийских ревунов, живущих в гибридной зоне Табаско, с ДНК тех же обезьян, проживающих вдалеке от этой области.
Если усиление действительно работает и направлено на борьбу с гибридизацией путем увеличения репродуктивной изоляции, то генетических различий между двумя видами в гибридной зоне должно быть больше, чем между обезьянами, живущими в другом месте.
Именно это Байз и ее коллеги обнаружили, когда сравнивали генетические маркеры, находящиеся на генах, которые, вероятнее всего, связаны с репродуктивной изоляцией.
«Видообразование – это сложный процесс, который может управляться прямыми и косвенными механизмами, взаимодействующими между собой для его поддержания и укрепления. Это исследование является одним из немногих естественных примеров, подтверждающих данную теорию», – добавила Байз.