Гибридизация ускоряет эволюцию
Инвазивные виды, такие как азиатский кустарниковый комар или божья коровка Harmonia axyridis, успешно адаптировались в Центральной Европе. Если такие новоприбывшие генетически совместимы с местными видами, они могут скрещиваться и производить гибридов, которые продолжают эволюционировать в местных условиях. Этот процесс, например, происходил в эволюции человека между Homo sapiens и неандертальцами.
Новые гены, внесённые чужеродными видами, создают новые генетические комбинации, которые могут быть полезны и поддерживаться естественным отбором. Согласно теории гибридного роя, скрещивание между гибридами и родительскими видами может привести к дивергенции популяций и даже к возникновению новых видов. Но как современная наука может подтвердить эту теорию?
Эволюционные биологи под руководством профессора Акселя Майера из Университета Констанца и профессора Кристиана Штурмбауэра из Университета Граца проанализировали цихлид из экосистемы озера Танганьика в Восточной Африке, чтобы изучить адаптивную радиацию и видообразование. Это крупнейшее исследование команды с 1990 года, позволившее почти полностью понять эволюционную историю этих рыб.
Цихлиды — модельная система для изучения быстрого видообразования: в мире известно более 1700 видов, несколько сотен из которых эндемичны для озера Танганьика. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, позволили разрешить спорные ветви генеалогического древа цихлид и объяснить их раннюю быструю радиацию.
Построение новых эволюционных деревьев с помощью ДНК
Секвенировав более 500 генов с помощью современных геномных методов, команда установила новые эволюционные деревья для восточноафриканских цихлид. Учёные обнаружили, что уже в начале древнейшей радиации цихлид гибридизация между линиями-колонизаторами, вызванная средой, порождала инновационные формы. Эти формы быстро расширялись в стабильных условиях, ускоряя инновации и развитие видов.
В соответствии с теорией гибридного роя, команда обнаружила, что вид цихлид из реки Нижний Конго достиг озера и скрестился с предковыми озёрными формами, что способствовало адаптивной радиации цихлид в Танганьике. Эта речная цихлида физически отсутствует в озере сегодня, но её генетический след обнаружен в других диверсифицирующихся линиях.
Некоторые гены цихлид — например, влияющие на окраску тела и специализацию челюстей — диверсифицировались быстрее и связаны с колонизацией новых условий озера. Именно эти признаки, подверженные отбору, ответственны за образование новых видов. Используя метод anchored hybrid sequencing, команда впервые показала, что инновации в строении челюстей были ключевыми для доступа к новым источникам пищи.
Использование ископаемых для построения новых временных деревьев
Исследователи также прояснили хронологию событий (timetree) эволюции цихлид. Предыдущие калибровки молекулярных часов давали оценки возраста, которые были либо слишком молодыми, либо слишком старыми и плохо согласовывались с геологической историей Восточной Африки.
Используя набор калибровок по ископаемым, включая недавно обнаруженную окаменелость, которая «якорит» танганьикскую радиацию, команда провела новый анализ молекулярных часов. Впервые он согласовал раскол южного континента Гондваны с хронологией опускания Восточно-Африканской рифтовой долины, где цихлиды эволюционировали вместе со становлением озёрной экосистемы. Эти находки могут помочь понять текущие изменения в животном мире, вызванные изменением климата.