Эволюционное разделение без географических барьеров

Фундаментальный вопрос эволюционных исследований: требуется ли для возникновения новых видов географический барьер, разделяющий исходную популяцию на две генетически изолированные популяции? Или возможна так называемая симпатрическая видообразование — эволюционное расхождение популяции в пределах одной географической области? Известно лишь несколько примеров симпатрического видообразования в мире, и даже они небесспорны. Эволюционные биологи из Констанца провели самое масштабное на сегодняшний день исследование симпатрического видообразования. Они использовали около 20 000 характеристик 450 рыб, чтобы задокументировать параллельную эволюцию цихлид в двух кратерных озерах Апойо и Хилоа в Никарагуа. Исследование команды биологов под руководством профессора Акселя Мейера и доктора Андреаса Каутта нашло убедительные доказательства возможных эволюционных механизмов симпатрического видообразования. Одновременно исследователи подтвердили эмпирические данные, полученные в результате предыдущего исследования Акселя Мейера о симпатрическом видообразовании этих цихлид, опубликованного в 2006 году в научном журнале Nature. Новые результаты исследования были опубликованы в PLOS Genetics 30 июня 2016 года.

Цихлиды вулканических кратерных озёр Апойо и Хилоа в Никарагуа — один из крайне редких примеров симпатрического видообразования. Всего за примерно 800 поколений — период около 1000–1500 лет — популяция рыб здесь эволюционировала в четыре-пять различных видов, хотя всё это время рыбы жили в одном и том же озере. Эволюционный биолог Аксель Мейер уже описал это удивительное эволюционное явление в 2006 году в научном журнале Nature. Вместе с Андреасом Кауттом он теперь детально расшифровал генетическое родословное древо популяций рыб.

Модели видообразования и ключевое открытие

В эволюционных исследованиях известны три модели симпатрического и мнимого симпатрического видообразования:

1. Самая «чистая форма»: развитие двух видов из единой популяции.
2. Вид заселяет среду обитания двумя или более волнами до разделения на два вида. Популяция обновляет генетический пул, после чего происходит симпатрическое видообразование.
3. Мнимое симпатрическое видообразование: первая популяция уже эволюционировала до прибытия второй волны, и они встретились уже разными видами (географические барьеры сыграли роль).

«Наши данные указывают на вторую волну колонизации непосредственно перед разделением на два вида», — объясняет Андреас Каутт. Вторая группа рыб того же вида цихлид достигла кратерного озера. Биологи полагают, что эта вторая колонизация обновила генетический пул цихлид и склонила чашу весов в пользу процесса разделения.

«Наши данные указывают, что именно этот тип видообразования произошёл в кратерных озёрах Апойо и Хилоа. Вторая волна колонизации была интегрирована в генетический пул популяции кратерного озера до эволюционного разделения. Расходящееся развитие двух видов произошло без географических барьеров», — поясняет Андреас Каутт.

Эволюционные биологи из Констанца смогли исключить третий сценарий: генетические родословные деревья рыб показывают, что разделение на два вида произошло после второй волны популяции. Это означает, что генетики предоставили эмпирические доказательства симпатрического видообразования в никарагуанских кратерных озёрах Апойо и Хилоа.

Исследование проводилось в рамках ERC Advanced Grant Акселя Мейера «Сравнительная геномика параллельной эволюции при повторяющихся адаптивных радиациях». Европейский исследовательский совет присудил Акселю Мейеру эту престижную научную награду в 2011 году для изучения параллельной эволюции. В ближайшие годы исследования в никарагуанских кратерных озёрах будут усилены. Среди прочего, эволюционные биологи из Констанца планируют полностью секвенировать геномы популяций рыб.