Певчие птицы обмениваются генами окраски оперения через границы видов среди своих эволюционных соседей

Новые данные секвенирования генома показывают, что границы между видами на ветвях эволюционного древа более проницаемы, чем считалось ранее. Вместо того чтобы ждать появления новых мутаций, межвидовое скрещивание может вносить готовые генетические преимущества.

Расшифровка истории жизни по геномам

Исследование сфокусировано на древесных певчих птицах (славках) из Северной, Центральной и Южной Америки. Существует около 115 видов, отличающихся ярким разнообразием окраски.

Команда эволюционного биолога Кевина Беннетта собрала огромный массив данных — более 2 триллионов пар оснований из геномов почти каждого вида славок. Результаты показывают, что некоторые виды преодолевали эволюционные препятствия, «делясь» решениями проблем. Виды — не просто вертикальные эволюционные «силосы»; существует горизонтальный «кросс-толк» между ветвями эволюционного древа.

Как происходит эволюционный обмен?

Генетический обмен между эволюционными соседями происходит через гибридов — потомство от скрещивания особей двух видов. В отличие от стерильных мулов, гибриды славок, по-видимому, иногда могут скрещиваться обратно с родительским видом, перемещая гены через видовые границы. Эти гибриды служат генетическим проводником.

Видообразование — очень постепенный процесс, занимающий миллионы лет. Таксономические рамки «вида», устанавливаемые человеком, не всегда отражают размытые границы между линиями на ранних этапах, когда еще возможно скрещивание. Лаборатория автора описала множество межвидовых и межродовых гибридов у славок, а также «гибридные зоны» между близкородственными видами.

Если гены, попавшие в гибриды, полезны для вида-реципиента, они распространятся — подобно новой полезной мутации.

Общие гены решают «эволюционные проблемы»

Исследование показывает, что у древесных славок общими эволюционными решениями, которыми они делятся, являются гены, связанные с окраской.

Ранее были идентифицированы гены, связанные с каротиноидной окраской. Каротиноидные пигменты придают оперению яркие оранжевые, желтые и красные тона. Птицы, как и все позвоночные, не могут синтезировать каротиноиды самостоятельно — они должны получать их с пищей и затем химически преобразовывать.

Обработка каротиноидов — эволюционное препятствие, которое преодолели не все птицы. Секвенирование генома показывает, что у славок общих генов каротиноидов больше, чем других общих генов в геноме. Разные версии генов обработки каротиноидов, вероятно, повышают приспособленность реципиентов.

Один ген обработки каротиноидов, бета-каротиноксигеназа 2 (BCO2), передавался несколько раз в пределах этого семейства птиц. Более того, BCO2 оказался настолько популярным, что демонстрирует вторичное распространение: от одного вида к другому, а затем к третьему.

Признак качества в брачных ритуалах

Исследователи полагают, что эти гены популярны, потому что самцы славок используют каротиноидные цвета для привлечения самок. Яркость окраски сигнализирует о высоком качестве диеты (насекомых, богатых каротиноидами).

Биологи называют такое проявление «честным сигналом». Если самец получает новый ген, позволяющий эффективнее обрабатывать каротиноиды, он, вероятно, будет быстрее и шире распространяться в популяции, так как более яркие самцы будут иметь больший успех в спаривании.

Это исследование демонстрирует, как эволюция может перемешивать гены через тонкие границы между видами. Близкие эволюционные соседи иногда обмениваются ДНК, включая потенциально полезные мутации, скрещиваясь через границы, установленные человеческими системами классификации.