Исследование деревенских ласточек показывает в реальном времени, как образуются новые виды
Красота в глазах смотрящего — даже если этот смотрящий — деревенская ласточка. В зависимости от места обитания, некоторые птицы могут предпочитать партнеров с более бледным цветом груди, в то время как другие находят более красную грудь привлекательнее. Разница в предпочтениях этих птиц при выборе партнера помогает ученым раскрыть одну из величайших загадок биологии: как возникают новые виды?
В исследовании под руководством Университета Колорадо в Боулдере биологи использовали генетическое секвенирование деревенских ласточек со всего мира, чтобы предоставить доказательства в реальном времени: половой отбор, при котором организмы выбирают партнеров на основе привлекательных для них признаков, движет возникновением новых видов.
Исследование опубликовано 12 декабря в журнале Science.
«Это одна из первых работ, всесторонне демонстрирующих роль решений о выборе партнера в эволюции новых видов», — сказала Ребекка Сафран, старший автор статьи и профессор кафедры экологии и эволюционной биологии. Новые результаты проливают свет на то, как образуются новые виды — фундаментальный, но ускользающий процесс для всей жизни на Земле.
Доказательство правоты Дарвина
Чарльз Дарвин предложил теорию полового отбора в 1875 году. Она предполагает, что организмы развивают яркие черты, такие как экстравагантное оперение или завораживающие танцевальные движения, чтобы привлечь партнеров. Когда организмы одного вида развивают предпочтения к разным признакам и перестают скрещиваться друг с другом, со временем могут возникнуть новые виды — процесс, известный как видообразование.
Последние 150 лет исследователи полового отбора в основном изучали организмы, уже разделившиеся на отдельные виды. Например, орхидеи, которые теперь насчитывают более 25 000 видов, произошли от общего предка. Их замечательное разнообразие часто приводит к предположению, что они развили разный внешний вид, чтобы привлекать разных опылителей, сказал Дрю Шилд, первый автор статьи и доцент Университета Вирджинии.
«Логично думать именно так, и это вполне может быть так. Но поскольку видообразование уже произошло, невозможно знать наверняка».
В результате было трудно найти прямые доказательства того, что половой отбор движет возникновением новых видов.
Деревенские ласточки предоставляют уникальную возможность изучить процесс видообразования по мере его развития.
Эти птицы — один из самых распространенных видов на нашей планете. В настоящее время существует шесть подвидов деревенской ласточки, каждый из которых выглядит немного по-разному в некоторых чертах, критически важных для выбора партнера, в зависимости от места обитания.
Например, восточноазиатская группа, Hirundo rustica gutturalis, имеет бледную грудь и более короткие рулевые перья хвоста — удлиненные внешние перья хвоста. Hirundo rustica tytleri, обитающая в Сибири, имеет длинные рулевые перья и красные перья на груди. Подвид в Европе и Западной Азии, Hirundo rustica rustica, имеет бледную грудь и длинные рулевые перья.
Воссоединение после изоляции
Свидетельства указывают на то, что предки птиц покинули долину реки Нил в Северной Африке около 11 000 лет назад и расселились по Северному полушарию. Тысячи лет разные популяции почти не взаимодействовали и развили разнообразные черты, образовав подвиды.
Примерно 800–2000 лет назад некоторые подвиды расширили свои территории, и ареалы начали перекрываться. В некоторых частях мира подвиды теперь взаимодействуют друг с другом, производя гибридное потомство.
Сафран и ее команда решили выяснить, движет ли половой отбор у этих птиц процессом видообразования.
Команда, включая Элизабет Скордато, доцента Калифорнийского политехнического университета, секвенировала геномы 336 деревенских ласточек со всего мира, охватив все подвиды и три гибридные зоны в Евразии, где подвиды скрещиваются.
Исследователи обнаружили дюжину областей в геноме деревенской ласточки, связанных с двумя признаками, подверженными половому отбору: окраской вентральной части (цвет оперения груди и брюшка) и длиной рулевых перьев хвоста.
Когда особи размножаются, гены обоих родителей перетасовываются и объединяются, образуя гены их потомства. Когда две популяции встречаются друг с другом, поток генетического материала от одной к другой является маркером того, насколько популяции схожи. Если скорость потока генов низкая, это означает, что две популяции скрещиваются друг с другом с меньшей скоростью, чем если бы они были одним видом.
Исследование показало, что в гибридных зонах деревенских ласточек большая часть их генов свободно перемещается между группами. Но генетические области, кодирующие окраску вентральной части и длину рулевых перьев хвоста, почти не передаются другим популяциям.
Это говорит о том, что среди гибридных особей, чьи родители принадлежат к разным подвидам, лишь небольшое количество «счастливых» птиц, унаследовавших благоприятную комбинацию генов рулевых перьев и окраски вентральной части, способны привлечь партнеров. Гибриды, получившие менее благоприятные комбинации, как правило, менее успешны в размножении.
«Эти гены наталкиваются на границу из-за дивергентного полового отбора и перестают перемещаться из одной популяции в другую», — сказал Шилд.
Разные предпочтения в отношении длины хвостовых перьев и цвета груди у разных подвидов делают деревенских ласточек более склонными к спариванию внутри своей группы, добавил Шилд. Если эта тенденция сохранится, эти группы могут перестать скрещиваться или производить потомство — маркеры образования отдельных видов.
Далее команда планирует отобрать больше птиц и изучить, влияет ли гибридное происхождение на репродуктивный успех.
«Очень здорово, что мы смогли запечатлеть портрет эволюции в реальном времени этого обычного животного и понять, как и почему популяции расходятся. Наше понимание этого процесса имеет фундаментальное значение для решения широкого круга вопросов, связанных с биоразнообразием, эволюцией и сохранением видов», — сказала Сафран.