Обнаружена генетическая основа повторяющейся эволюции цветовых узоров
Международная команда эволюционных биологов из Университета Констанца под руководством профессора Акселя Майера обнаружила генетическую основу повторяющейся эволюции цветовых узоров. Результаты исследования полос у разнообразных видов восточноафриканских цихлид объясняют, как эволюция может повторяться с рекордной скоростью. Исследование опубликовано в журнале Science 26 октября.
Учёные исследовали повсеместно распространённый у животных цветовой узор — горизонтальные полосы. Более 1200 видов красочных цихлид в крупных африканских озёрах (Малави, Виктория, Танганьика) демонстрируют разнообразные цветовые узоры, включая горизонтальные или вертикальные полосы. Цихлиды являются ярким примером конвергентной эволюции, когда сходные признаки (например, полосы) независимо возникали в разных эволюционных линиях.
С помощью геномного анализа, скрещивания и экспериментов с технологией CRISPR-Cas исследователи реконструировали генетический механизм появления и исчезновения полос.
Ключевые открытия:
- Локализация гена: В результате скрещивания определён участок на одной из 22 хромосом, содержащий генетическую инструкцию для полос.
- "Ген полос" (agrp2): Ответственный ген — agrp2. Это копия гена agouti у млекопитающих, который отвечает за окраску шерсти у кошек, собак, лошадей и полосатых птенцов.
- Механизм работы: Ген agrp2
действует как "ингибитор полос". Все цихлиды несут этот
ген, но его регуляторные элементы ("переключатели") различаются:
- У видов без полос ген более активен, производится много белка, и полосы подавляются.
- У видов с полосами активность гена низкая, производство белка снижено, и полосы проявляются.
- Экспериментальное подтверждение: Используя CRISPR-Cas, учёные удалили ген agrp2 из генома вида без полос. В результате у этой мутантной рыбы внезапно развились полосы, что доказывает решающую роль данного гена.
Эволюционное значение:
- Полосы у цихлид эволюционно нестабильны — они многократно терялись и вновь появлялись в африканских озёрах за несколько миллионов лет.
- Механизм гена agrp2 позволяет повторной эволюции признака происходить относительно быстро и просто. Потеря полос не означает их невозвратного исчезновения, и наоборот.
- Это открытие показывает, что палеонтологические и эволюционные правила (например, "Закон Долло" о необратимости эволюции) могут быть пересмотрены на молекулярно-биологическом уровне.