Как «супергены» помогают рыбам эволюционировать в новые виды

Исследователи обнаружили, что перевёрнутые участки ДНК могут действовать как эволюционные «ускорители», помогая рыбам быстро адаптироваться к новым местообитаниям и превращаться в новые виды.

Цихлиды из озера Малави в Восточной Африке — яркий пример быстрой эволюции. В одном озере из общего предка возникло более 800 разных видов за гораздо меньшее время, чем потребовалось для разделения человека и шимпанзе. При этом все виды сформировались в одном водоёме, заняв разные экологические ниши: от крупных хищников до питающихся водорослями или планктоном.

Учёные из Кембриджского университета и Университета Антверпена, чья работа опубликована в журнале Science, проанализировали ДНК более 1300 цихлид, чтобы понять механизм такой быстрой эволюции.

Ключевое открытие — хромосомные инверсии. В некоторых видах были обнаружены крупные «перевёрнутые» участки ДНК на пяти хромосомах. В норме при размножении происходит рекомбинация — перемешивание генетического материала родителей. Однако внутри инверсии этот процесс блокируется.

Инверсии создают «супергены». Генные комбинации внутри инверсии передаются из поколения в поколение без изменений, сохраняя полезные адаптации вместе. Это похоже на «набор инструментов», где все нужные инструменты скреплены, что ускоряет эволюцию.

Роль супергенов у цихлид:

• Поддержание видовых различий: Инверсии предотвращают слишком сильное смешение генов у близкородственных видов, особенно в местах, где они живут бок о бок (например, на открытых песчаных участках).
• Контроль ключевых признаков: Гены внутри супергенов часто отвечают за зрение, слух и поведение — признаки, критичные для выживания и размножения. Например, они помогают сохранять адаптации у рыб, живущих на глубине до 200 метров.
• Ускорение эволюции: При скрещивании видов целые инверсии с полезными признаками могут передаваться между ними, быстро распространяя адаптации.
• Определение пола: Инверсии часто действуют как половые хромосомы, определяя, станет ли рыба самцом или самкой, что также влияет на видообразование.

Хромосомные инверсии обнаружены не только у цихлид, но и у многих других животных, включая человека, и всё чаще рассматриваются как ключевой фактор эволюции и биоразнообразия. Изучение супергенов приближает нас к ответу на вопрос о том, как жизнь на Земле становится такой богатой и разнообразной.