Геном странствующего голубя показывает влияние естественного отбора в огромной популяции

Странствующий голубь известен колоссальным размером своей исторической популяции в Северной Америке (оценки — от 3 до 5 миллиардов) и быстрым вымиранием из-за массового истребления человеком. Остаётся загадкой, почему вид не смог выжить хотя бы в нескольких небольших изолированных группах.

Одна из теорий, согласующаяся с выводами нового исследования, опубликованного 17 ноября в Science, предполагает, что странствующие голуби были хорошо адаптированы к жизни в огромных стаях, но плохо — к жизни в малых группах, а изменение численности произошло слишком быстро для адаптации.

Команда Бет Шапиро изучила генетическое разнообразие странствующих голубей по ДНК из музейных образцов. Исследователи подтвердили ранее наблюдавшееся удивительно низкое генетическое разнообразие в популяции. Однако новое исследование пришло к иным выводам, чем предыдущие работы, видевшие в этом признак нестабильной популяции.

Ключевое открытие: анализ выявил в геноме странствующего голубя паттерны, указывающие, что низкое генетическое разнообразие стало результатом действия естественного отбора, который обеспечивал быстрое распространение полезных мутаций и устранение вредных. У близкородственной полосатохвостой горлицы (популяция около 2 млн) таких паттернов не нашли.

Механизм: когда полезная мутация распространяется по популяции, она "тащит" за собой соседние участки ДНК, создавая регионы с низким разнообразием. Эти регионы могут разрываться в процессе рекомбинации (обмена участками хромосом). У птиц рекомбинация реже происходит в центре хромосом. В геноме странствующего голубя области низкого разнообразия как раз находились в центре хромосом, а более высокого — на концах.

Адаптивные гены: среди 32 генов с явными признаками адаптивной эволюции были гены, связанные с иммунной системой, снижением стресса (крупные плотные популяции несут высокое бремя болезней и социального стресса) и способностью питаться определённой пищей. Это согласуется с идеей, что адаптация к жизни в огромных популяциях могла стать недостатком при её сокращении.

Теоретическое значение: исследование затрагивает парадокс Льюонтина — несоответствие теоретических предсказаний о связи размера популяции и генетического разнообразия реальным данным. Объяснение может быть в том, что естественный отбор эффективнее в больших популяциях и может "заглушать" эффекты случайных изменений, делая неверным предположение о нейтральной эволюции.

"Взаимодействие ландшафта рекомбинации и огромного размера популяции странствующих голубей позволяет нам увидеть, что стоит за парадоксом Льюонтина. Инструменты, использующие генетическое разнообразие для выводов об исторических изменениях численности, для странствующего голубя вообще не работают", — пояснила Бет Шапиро.