Биологи предлагают новую дорожную карту для связи генов с экологией

Команда исследователей из Университета Массачусетса в Амхерсте предлагает новую исследовательскую программу для области эволюционной биологии развития («эво-дево»), чтобы лучше понять, как генетические инновации приводят к экологическим адаптациям.

Семь авторов из UMass Amherst, представляющих разные области — эволюционную генетику, биологию развития, биомеханику и поведенческую экологию, — описывают новую концепцию в майском выпуске Trends in Ecology and Evolution. Они предлагают набор гипотез для дальнейших исследований и призывают к укреплению сотрудничества между дисциплинами, чтобы рассмотреть «все связи от генов до использования ресурсов».

Ранее исследования эво-дево были сосредоточены на связи генетических изменений с эволюцией анатомической формы (морфологии), но оказались менее успешными в выявлении механизмов более тонких, непрерывных изменений, важных для функционирования организма в среде. Например, как гены и механизмы эволюционируют в связи с тем, как быстро животное бегает, как далеко прыгает или как сильно кусается?

Ведущие соавторы, Дункан Иршик и Крейг Альбертсон, отмечают, что область была «чрезвычайно успешна» в объяснении механизмов эволюции конкретных признаков, таких как крылья летучей мыши или панцирь черепахи. Однако старый подход оставил серьёзный пробел в понимании движущих сил эволюционных изменений.

«Связь генов с одним дискретным признаком не обязательно говорит о том, как это животное функционирует в своей среде, а именно взаимодействие организма со средой напрямую влияет на его выживание», — говорит Альбертсон. — «Признаки, связанные с функцией, часто многомерны. Ген, отвечающий за ширину челюсти, может что-то сказать о питании животного в дикой природе, но полная картина включает гораздо больше: длину челюсти, глубину черепа, размер мышц, кинетику движения челюсти и множество других факторов».

Авторы предлагают расширить исследовательскую программу за пределы генов и дискретных признаков. Они утверждают, что если сосредоточиться на фенотипе и двигаться назад к генам, можно получить гораздо более полное понимание того, как геном влияет на выживание организма в конкретной среде. Первый ключевой шаг — выяснить, как гены влияют на то, как животное взаимодействует с миром.

Соавтор Бетси Дюмон указывает на практическое значение работы: «Мы считаем, что этот подход может дать более полное понимание того, как геном влияет на способность организма адаптироваться к меняющейся среде».

«Понимание того, как изменения на геномном уровне могут влиять на выживание организма в меняющейся среде, — это давний вопрос в биологии, и ни одна исследовательская программа не может решить его всесторонне», — отмечает Альбертсон.

Интегрируя идеи из различных областей — биологии развития, функциональной морфологии и эволюционной экологии, — авторы излагают программу исследований для изучения того, как изменения на геномном уровне способствуют экологическому успеху в меняющейся среде. Их долгосрочная цель — превратить эти идеи в комплексную программу обучения для аспирантов в UMass Amherst.