Адаптация у далёких видов птиц происходит разными генетическими путями

Исследователи из Сколтеха и их коллеги показали, что адаптация к сходным условиям среды у филогенетически далёких видов редко затрагивает одинаковые позиции в геноме. Команда изучила повторяющиеся адаптации митохондриальных геномов у птиц к высокогорью, миграции, нырянию, зимовке и полёту. Повторяющиеся нуклеотидные замены чаще оказываются случайным совпадением, чем адаптацией, что подтверждает научную точку зрения о том, что далёкие виды «выбирают» разные пути для эволюции сходных признаков. Работа опубликована в журнале Genome Biology and Evolution.

Проблема конвергентной эволюции на молекулярном уровне

Конвергентная эволюция — когда разные виды независимо приобретают сходные признаки в ответ на одинаковые условия среды. Если это происходит за счёт идентичных замен в одних и тех же позициях генома, это называется single-position molecular convergence.

«Конвергентная эволюция — одна из самых увлекательных тем эволюционной биологии: с практической точки зрения она помогает найти конкретные позиции в геноме, связанные с адаптацией; с более теоретической — показывает, насколько повторяема эволюция. Однако обнаружение адаптивных конвергентных однонуклеотидных мутаций известно своей сложностью, особенно у филогенетически далёких видов», — отмечает выпускница Сколтеха Валентина Бурская.

Масштабное исследование на 415 видах птиц

Учёные создали необычно большую выборку из 415 видов птиц, в которой сходные признаки независимо возникали десятки раз. Это позволило глубоко изучить проблему, так как предыдущие попытки часто ограничивались малым числом случаев конвергенции.

Для исследования был выбран митохондриальный геном, поскольку он мал и отсеквенирован для многих видов, но при этом содержит крайне важные гены, ответственные за настройку уровня гипоксии и метаболизма.

Исследовали адаптации к пяти признакам:

• Высокогорные и ныряющие птицы (вероятная гипоксия).
• Птицы с выдающимися лётными способностями, дальние мигранты, нелетающие и зимующие птицы (изменения уровня метаболизма).

Результаты: совпадения, а не адаптация

Применяя мощные филогенетические методы (размещение видов на «дереве» и подсчёт совпадающих изменений фенотипа и генотипа), исследователи показали, что большинство событий конвергенции можно объяснить случайными совпадениями, а не адаптацией.

Исследование, концептуально близкое к недавним попыткам найти однонуклеотидные конвергенции у эхолоцирующих летучих мышей и морских млекопитающих, подтверждает, что эволюционный ландшафт на дистанциях между отрядами слишком различен для адаптивной конвергенции в одних и тех же позициях.