Исследование проливает свет на «усиление» у диких цветов
Растения или животные, использующие цвет для привлечения партнера, — довольно распространенное явление в природе. Однако для дикого цветка Phlox drummondii (флокс Друммонда) верно обратное.
Цветки, произрастающие на востоке и в центре Техаса, бывают двух цветов: фиолетово-синие, когда растут отдельно, и красные, когда растут вместе с родственным видом Phlox cuspidata. Как показали недавние исследования, причина изменения цвета — предотвращение гибридизации между двумя группами.
Хотя процесс усиления репродуктивной изоляции, который ученые называют усилением (reinforcement), критически важен для эволюционного образования новых видов, его измерение оставалось крайне сложной задачей.
Ситуация может измениться благодаря исследованию под руководством Робин Хопкинс, доцента организменной и эволюционной биологии в Гарварде. В исследовании, опубликованном 21 августа в онлайн-журнале Current Biology, команда продемонстрировала метод измерения силы отбора в пользу репродуктивной изоляции и показала, что у P. drummondii этот отбор очень силен.
«Процесс эволюции новых механизмов репродуктивной изоляции для предотвращения гибридизации наблюдался у самых разных организмов, от млекопитающих до рыб, лягушек и многих насекомых, поэтому мы считаем, что это общий процесс в образовании новых видов, — сказала Хопкинс. — Сложность заключалась в измерении силы отбора в пользу этих механизмов».
Исследователи создали модель, отражающую биологию флокса. Используя эту модель, они смогли оценить силу отбора, действующего на цвет цветка, что дало оценку силы отбора на усиление.
Надежда, по словам Хопкинс, заключается в том, что лучшее понимание усиления прольет больше света на то, как естественный отбор и другие процессы движут образованием новых видов.
«Есть два способа, которыми естественный отбор играет роль в этом процессе, — объяснила она. — Первый: когда изолированные популяции адаптируются к определенной среде, они отдаляются от других видов, поэтому, если они снова сойдутся, возникает слишком большая изоляция, и они не могут размножаться».
Вторая роль — это усиление, при котором сам отбор (а не поддержка множества черт, ведущих к репродуктивной изоляции) благоприятствует изоляции.
Хотя исследователи могут измерить силу отбора для разных признаков, то же самое нельзя сказать об усилении.
«Сила отбора, действующего на признак, зависит от количества происходящей гибридизации и ее стоимости, — сказала Хопкинс. — В лаборатории и теплице мы можем оценить стоимость гибридизации, выполняя искусственные скрещивания… но оценить, сколько гибридизации происходит в природе и насколько конкретный признак мешает этому процессу, очень сложно».
Решение заключалось в поиске ответов в другом месте.
Проведя обширный отбор проб по всему ареалу цветка (включая обе цветовые разновидности), Хопкинс и коллеги провели популяционно-генетический анализ, который показал силу отбора для каждого варианта.
«Мы отобрали множество популяций по всему переходу цвета от синего к темно-красному и смогли отлично увидеть, как эти фенотипы цвета цветка меняются в пространстве, — сказала Хопкинс. — Используя эту модель, мы смогли оценить, что сила отбора на эти цвета цветков очень высока, что очень интересно с точки зрения размышлений об усилении».
Это открывает возможность использовать данный метод для оценки силы отбора на усиление и в других видах, если можно отобрать фенотипические различия по переходу.