Андские колибри пошли разными эволюционными путями к высокогорью

Учёные обнаружили, что несколько видов колибри адаптировались к жизни на больших высотах в Андах благодаря различным генетическим мутациям, которые, тем не менее, затрагивают одни и те же биохимические пути. Это говорит о том, что, хотя детали молекулярной адаптации могут различаться на уровне аминокислот и белков, в эволюции существует предсказуемость на уровне биохимических путей.

Переход от жизни на низких высотах к высокогорью, например, в Андах, Гималаях и на Тибетском плато, сопряжён с множеством проблем. С экстремально высокими высотами связаны более низкие температуры, повышенное воздействие ультрафиолетового излучения и нехватка кислорода, которого на высотах выше 4000 м на 40% меньше, чем на уровне моря. Организмы, обитающие на таких высотах, выработали специфические адаптации.

В новом исследовании в Genome Biology and Evolution (Lim et al. 2019) группа учёных из Университета Стоуни-Брук, Университета Нью-Мексико и Швейцарского федерального исследовательского института изучила 12 видов андских колибри, представляющих несколько независимых переходов к большим высотам.

Исследователи секвенировали почти 1000 генов у каждого из 12 видов и идентифицировали гены и аминокислотные сайты, находившиеся под положительным отбором и общие для видов, обитающих на высоких или низких высотах. В целом учёные обнаружили большее сходство в общих биохимических путях и биологических функциях, связанных с адаптацией к высокогорью, чем в конкретных аминокислотных изменениях.

Например, гены под положительным отбором часто были вовлечены в пути или функции, связанные с клеточным дыханием, метаболизмом, биогенезом и трансляцией митохондрий, а также в гибель клеток и иммунную функцию.

По словам первого автора исследования, Марисы Лим, самым захватывающим результатом стало то, что «андские колибри пришли к высокогорному фенотипу через эволюцию разных генетических механизмов». Это указывает на «предсказуемость в эволюционном механизме, в основном на уровне биохимических путей».

Дэвид Хиллис, профессор Техасского университета в Остине, не участвовавший в исследовании, согласен, отмечая, что работа с колибри «предполагает, что даже среди относительно близкородственных видов, демонстрирующих параллельный переход к высокогорью, детали молекулярных адаптаций в значительной степени различны».

Доктор Лим отмечает, что отсутствие знаний о функции генов у нерудовых организмов может ограничивать возможность отличить истинные признаки положительного естественного отбора от статистического и биохимического шума. Она надеется, что будущие исследования расширят эти находки.