Свет на быстрое возникновение новых видов
Новое международное исследование под руководством учёных из Университета Монаша изменило наше понимание эволюционных процессов, которые могут привести к быстрому возникновению новых видов.
Исследование, опубликованное сегодня в Nature под руководством доктора Мэтью Макги из Школы биологических наук Монаша, проводилось в рамках международной коллаборации с участием университетов и исследовательских центров Швейцарии, Танзании, Уганды, Великобритании и США.
Обычно видообразование происходит медленно, за счёт новых мутаций в течение миллионов лет. Однако иногда новые виды образуются гораздо быстрее. Например, на Галапагосских островах 15 видов птиц эволюционировали всего за три миллиона лет.
В ряде озёр Восточной Африки эволюция шла ещё быстрее. Одна группа рыб из этих озёр, называемая цихлидами, эволюционировала в сотни видов менее чем за миллион лет — быстрее, чем любая другая группа животных.
В этом исследовании учёные использовали эволюционное дерево всех цихлид, чтобы подтвердить, что скорость видообразования в этих уникальных африканских озёрах является самой высокой из когда-либо зарегистрированных. Затем они секвенировали 100 геномов из места с самой быстрой эволюцией — озера Виктория, где образовалось до 500 видов менее чем за 10 000 лет.
Обычно при изучении геномов учёные сосредотачиваются на однонуклеотидных изменениях в цепях ДНК, называемых однонуклеотидными полиморфизмами или SNP. Однако в этой работе доктор Макги и коллеги использовали другой подход: они собрали геном каждого отдельного вида в крупный "пангеном".
Пангеном содержит информацию из всех геномов, включая не только мелкие изменения, но и более крупные, возникающие при вставке или удалении фрагментов ДНК мутациями. Данные пангенома показали, что новые виды могут формироваться очень быстро, если они сначала гибридизируются с отдалённо родственными видами и обмениваются генетическим материалом.
Способность обмениваться ДНК между отдалённо родственными видами известна у бактерий, что позволяет им быстро приобретать такие признаки, как устойчивость к антибиотикам, но этот процесс считался редким у животных.
Исследователи обнаружили, что многие цихлиды озера Виктория содержат последовательности ДНК, попавшие в их геномы в результате гибридизации с экологически сходной группой цихлид из Южной Африки, от которых они отделены примерно 10 миллионами лет эволюции.
Чтобы понять эволюционную историю внутри озера Виктория, исследователи использовали сети вместо ветвящихся деревьев, чтобы учесть способность разных видов обмениваться ДНК друг с другом.
Недревовидная эволюция часто игнорируется по техническим причинам, но она ключевая для понимания возникающих инфекционных заболеваний, таких как COVID-19 и Зика. "Крайне важно, чтобы мы рассматривали эволюционные отношения не просто как дерево, а как сложную сеть, иначе мы можем упустить критически важную информацию", — сказал доктор Макги.