Генетические варианты предков — ключ к быстрой эволюции вьюрков Дарвина
Международная команда исследователей в исследовании, опубликованном в Science Advances, идентифицировала 28 геномных регионов, особенно важных для эволюции вьюрков Дарвина. Эти генетические варианты представляют не недавние мутации, а наследственную генетическую изменчивость, накопленную за время эволюции разных видов с поразительными различиями в форме клюва.
Адаптивная радиация — это группы близкородственных видов, которые диверсифицировались по экологии и морфологии от общего предка за относительно короткий срок, часто после колонизации новой территории. Вьюрки Дарвина — классический пример: 18 видов эволюционировали за последний миллион лет после прибытия предкового вида на Галапагосы. Важный вопрос: как возможна такая быстрая эволюция?
Эволюция вьюрков проходила в относительно нетронутой среде: архипелаг расположен в ~1500 км от материковой Южной Америки. Постоянные поселения людей существуют лишь последние 100 лет, и ни один вид вьюрков не вымер из-за деятельности человека.
Диверсификация формы клюва
Ключевое эволюционное изменение — диверсификация морфологии клюва, позволившая разным видам использовать разные пищевые ресурсы: семена разного размера, насекомых, пыльцу и нектар цветов кактусов, а также кровь других видов.
"За 40 лет полевых работ на острове Дафна Мейджор мы нашли множество свидетельств того, как вариация формы клюва сильно влияла на использование пищи и выживание этих птиц", — говорят Питер и Розмари Грант из Принстонского университета, собравшие более 6000 образцов крови разных видов вьюрков за годы. Часть из них использовалась в данном исследовании.
Новый этап генетической характеристики вьюрков начался с полевой поездки на Галапагосы для сбора образцов крови с целью построения высококачественной карты всего генома вьюрков. Исследователи привезли портативные секвенаторы и провели секвенирование ДНК прямо на месте.
"С помощью местных исследователей мы смогли провести секвенирование генома в полевых условиях, где собирали образцы. Это гарантировало высочайшее качество ДНК для анализа", — объясняет Карл-Юхан Рубин, исследователь из Уппсальского университета и первый соавтор статьи. "Эта новая высококачественная карта генома вьюрков Дарвина станет важным ресурсом для изучения этой интересной группы птиц".
Сравнение геномов
Исследователи сравнили геномы малого, среднего и большого земляных вьюрков. Эти три вида схожи, но демонстрируют разительные различия в размерах тела и клюва.
"Наш генетический анализ выявил 28 геномных регионов, которые последовательно различались между этими тремя видами", — объясняет Эрик Энбоди, проводивший этот анализ как постдок в Уппсальском университете. "Мы были удивлены, что эти генетические варианты присутствуют и у других типов вьюрков, что подразумевает их более долгую эволюционную историю, чем у самих видов. Главный вывод: эти генетические варианты использовались и переиспользовались в ходе эволюции вьюрков Дарвина".
"Затем мы изучили функцию идентифицированных генов и отметили, что многие из них экспрессируются в развивающемся клюве, что согласуется с нашим предположением, что гены, влияющие на морфологию клюва, должны были играть важную роль в эволюции вьюрков", — продолжает Карл-Юхан Рубин.
Утрата биоразнообразия
Утрата биоразнообразия, измеряемая растущим числом видов, вымирающих из-за потери естественных местообитаний и деятельности человека, вызывает серьезную озабоченность.
"Наше исследование показывает, что ситуация еще тревожнее, чем принято считать, потому что наш главный вывод заключается в том, что быстрая эволюция вьюрков Дарвина зависела от генетических вариантов, которые эволюционировали на протяжении сотен тысяч лет", — объясняет Лейф Андерссон из Уппсальского университета и Техасского университета A&M, руководивший исследованием. "Чтобы сохранить биоразнообразие для будущих поколений, столь же важно поддерживать большие популяции обычных видов, как и спасать редкие виды от вымирания, потому что первые лучше всего приспособлены к адаптации к будущим изменениям окружающей среды".