Что делает виды разными?
Большинство эволюционных биологов отличают один вид от другого на основе репродуктивной совместимости: особи разных видов либо не будут, либо не могут спариваться друг с другом, а если спариваются, то их потомство часто оказывается стерильным, нежизнеспособным или имеет пониженную приспособленность.
Новое исследование, проведенное в Университете Рочестера совместно с Университетом Небраски, показывает, что помимо адаптации к разным экологическим условиям, ключевую роль играют "эгоистичные гены" — мейотические драйверы (meiotic drive elements). Их поток между видами может определять, сойдутся ли виды или разойдутся. Работа опубликована в журнале eLife.
Ключевые выводы исследования
- Половые хромосомы (аллосомы) эволюционируют и становятся генетически несовместимыми между видами быстрее, чем остальные хромосомы (аутосомы).
- При скрещивании двух видов плодовых мух (Drosophila) с Мадагаскара и Маврикия гибридные самки были фертильны, а гибридные самцы — полностью стерильны.
- Картирование факторов стерильности показало, что несовместимостей на X-хромосоме значительно больше, чем на аутосомах. Это означает, что между видами происходит гораздо больше генного обмена через аутосомы, чем через половые хромосомы.
Роль "эгоистичных генов"
Именно мейотические драйверы ответственны за ускоренное накопление генетической несовместимости половых хромосом. Эти гены-паразиты нарушают правила менделевского наследования, обеспечивая свою передачу более чем половине потомства. В гибридных самцах мух они обычно убивают сперматозоиды, которые их не несут.
"Это может быть связано с тем, что в гибридах не подавлено действие множественных мейотических драйверов от обоих родительских видов, и их совместное действие вызывает стерильность", — говорит Колин Мейкледжон, бывший постдок в лаборатории Прескрейвса.
Двойственная роль драйверов: разъединение и сближение видов
Исследование выявило парадоксальную двойную роль мейотических драйверов:
- Если потока генов нет, они вызывают несовместимость и ускоряют расхождение видов.
- Если поток генов есть (например, на ранних стадиях видообразования, когда репродуктивная изоляция еще "негерметична"), эгоистичный ген может "перетечь" в другую популяцию и распространиться в ней.
"Если два вида скрещиваются, и этот эгоистичный ген может быть передан, то вместо того чтобы стать несовместимым, эта часть генома станет полностью обмениваемой. В некоторых случаях эгоистичный ген может стереть накопление несовместимостей для части генома", — объясняет Дейвен Прескрейвс.
Таким образом, наличие или отсутствие потока генов между видами является ключевым фактором, определяющим, приведут ли мейотические драйверы к дивергенции или конвергенции видов. Как отмечает Прескрейвс, виды, даже географически изолированные, оказались гораздо более "протекающими", чем считалось ранее.