Как внешне идентичные животные могут быть разными видами

Логично предположить, что внешне одинаковые животные, даже обитающие в разных частях света, принадлежат к одному виду и имеют сходный геном. Однако наше недавнее исследование показало, что это не всегда так.

Открытие было сделано благодаря мелкому зоопланктону вида Oikopleura dioica, который мы использовали как модель для изучения эволюционного происхождения генетического семейства хордовых, к которому принадлежат и люди.

Этот морской организм, обитающий в тёплых морях, стал объектом нашей научной статьи, опубликованной в Genome Research. Работа — результат многолетних совместных исследований лаборатории кафедры генетики Университета Барселоны и IRBio в сотрудничестве с Окинавским институтом науки и технологий и другими японскими и европейскими университетами.

Секвенировав геномы особей Oikopleura dioica из трёх разных регионов — Средиземного моря, Тихого океана и островов Окинава — мы сделали удивительное открытие: каждый геном был радикально отличен, несмотря на отсутствие очевидных внешних различий у животных.

Внешность обманчива — но не геномы

Наше открытие породило новые вопросы:

• Почему такие большие генетические различия не приводят к очевидным изменениям во внешнем виде животных?
• Возможно ли, что особи из отдалённых мест, внешне идентичные, на самом деле принадлежат к разным видам?
• Стоит ли для некоторых организмов с осторожностью использовать концепцию «референсного генома» для целого вида, не учитывая возможность обнаружения больших геномных различий между особями из разных мест обитания?

Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понимать геном как своего рода инструкцию, содержащую все генетические указания для построения живого организма. Он состоит из хромосом, которые, в свою очередь, содержат тысячи генов — базовых единиц наследственной информации.

За тысячи поколений в геномах накапливаются изменения — мутации. Когда генетическая информация изменяется настолько, что организмы не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, возникает новый вид. Это накопление изменений — основа эволюции и увеличения биоразнообразия планеты.

Генетика на примере Lego

Если сравнить организацию генома с книгой-инструкцией, то каждая хромосома — это глава, а тысячи предложений в ней — гены. Сравнивая инструкции для двух разных фигурок Lego, вы ожидаете найти значительные различия в структуре глав, порядке предложений и их смысле. Но, сравнивая инструкции для одной и той же фигурки из разных стран, вы не ждёте больших расхождений.

Однако в нашем случае произошло неожиданное: при сравнении геномов «одного и того же» организма из разных частей света они оказались разными. Позиции большинства генов на хромосомах были в совершенно другом порядке, иногда гены даже «перепрыгивали» с одной хромосомы на другую.

Это похоже на две разные инструкции по сборке Lego, где все шаги и указания полностью различны, но в итоге получается одна и та же фигурка. Это открытие ставит перед нами новую задачу — выяснить, почему такая значительная перестройка геномов не приводит к серьёзным физическим различиям между видами.

Одновременно это заставило нас предположить, что животные из разных мест могут принадлежать к разным криптическим видам — видам, которые внешне очень похожи, но на самом деле различны и не могут скрещиваться или давать плодовитое потомство.

Предварительные эксперименты с особями Oikopleura dioica из Окинавы и Осаки подтверждают это: особи из двух разных регионов не могут размножаться друг с другом.

Всё это говорит о том, что то, что мы до сих пор считали одним видом с глобальным (космополитным) распространением, на самом деле может быть десятками или даже сотнями разных криптических видов, рассеянных по океанам мира.

Это важное открытие и для каталогизации биоразнообразия нашей планеты — одной из целей проекта «Earth Biogenome», который стремится секвенировать геномы всех эукариот в течение следующего десятилетия.

Наши результаты показывают, что для некоторых организмов мы, возможно, не сможем определить один референсный геном для каждого вида. Это означает, что биоразнообразие и количество видов на планете может быть гораздо выше, чем мы предполагали ранее.