Видообразование при наличии потока генов

Пространственная изоляция способствует видообразованию, но исследователи из LMU показали, что у дрожжей верно и обратное. Новые экологические варианты могут эволюционировать и внутри полностью смешанных популяций.

Идея о том, что видообразование основано на отборе вариантов, лучше приспособленных к местным условиям, лежит в основе теории происхождения видов Чарльза Дарвина. Географическая изоляция популяций часто считается необходимым условием для расхождения экологических типов и образования новых видов.

Чтобы выяснить, может ли видообразование происходить при наличии потока генов, эволюционный биолог LMU Йохен Вольф и его группа в сотрудничестве с Симоной Иммлер использовали пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) в качестве модельной системы.

Ход эксперимента

  • Исходная точка: Одна клетка-основательница, от которой произошла исходная популяция. Учёные наблюдали накопление мутаций в течение многих поколений.
  • Создание экологических ниш: Из исходной популяции отобрали клетки, которые либо всплывали наверх («верх»), либо опускались на дно («низ») в суспензии. Это привело к появлению двух популяций, адаптированных к разным «средам обитания».
  • Фаза изоляции: Когда популяции «верха» и «низа» содержались строго раздельно, они продолжили адаптироваться к своим нишам и быстро дивергировали. Например, «верхние» клетки предпочитали бесполое деление и росли быстрее, чем «нижние», что снижало частоту полового размножения и образования спор.
  • Фаза смешивания: Учёные начали смешивать популяции в различных пропорциях, имитируя миграцию. Сначала добавляли около 1% меньшинства, затем постепенно увеличивали долю до полного смешивания (50:50).

Результаты

  • При промежуточном уровне смешивания наблюдалась гомогенизация генофонда и снижение разнообразия, как и предсказывают теоретические модели.
  • При полном смешивании (50:50) к удивлению исследователей, в популяциях чётко проявились два фенотипически различных варианта:
    • Генералист: Может выживать одинаково хорошо как в «верхней», так и в «нижней» среде.
    • Специалист: Не обладает такой универсальностью, но делится с более высокой скоростью, компенсируя этот недостаток.

Появление этих двух классов можно рассматривать как первый шаг в процессе видообразования при максимальном потоке генов.

Генетический анализ

  • Адаптация в условиях отсутствия потока генов («верх»/«низ» раздельно) происходила за счёт отбора уже существовавших в популяции-предке генетических вариантов.
  • Возникновение линий специалистов в смесях 50:50 было обусловлено вновь приобретёнными мутациями. Эти мутации в разных повторностях эксперимента были полностью независимыми.

Значение исследования

«Всегда предполагалось, что прерывание потока генов является предпосылкой для адаптивной дивергенции, — говорит Йохен Вольф. — Но наше исследование показывает, что даже когда популяции тесно связаны, разнообразные адаптации всё равно могут возникать, заполняя все доступные ниши».