Как у ящериц с общими генами появляются такие разные братья и сестры?
Исследование коричневой анолисовой ящерицы (Anolis sagrei) дает новые подсказки о том, как генетика и гормоны совместно формируют развитие организмов. Эволюционный биолог Роберт Кокс из Университета Вирджинии использует этот вид как модель, чтобы понять, как полы дифференцируются, несмотря на общий геном.
В статье, опубликованной в марте 2017 года в журнале American Naturalist, предполагается, что гормоны, такие как тестостерон, играют ключевую роль в формировании экспрессии генов уникальным для каждого пола образом в процессе развития до взрослого состояния.
Новый взгляд на роль гормонов
Большинство эволюционных исследований гормонов фокусируется на их влиянии на фенотип (наблюдаемые характеристики), а не на их значении для лежащих в основе генетических корреляций. Работа Кокса задается фундаментальным вопросом: как из одного генома получаются два радикально разных организма — самец и самка?
Модельный организм: коричневая анолис
Этот вид выбран из-за его обилия как в естественном ареале (Куба, Багамы), так и в интродуцированных популяциях (например, Флорида). Это позволяет отслеживать тысячи особей и измерять естественный и половой отбор «в действии» в диких популяциях.
Ключевое наблюдение: расхождение в развитии
Самцы и самки вылупляются из яиц одинакового размера, но за год развития самцы вырастают в три раза крупнее самок. Исследования показали интересную генетическую динамику:
- В раннем возрасте братья и сестры сильно похожи (высокая «генетическая корреляция между полами»).
- По мере развития это семейное сходство исчезает.
Это означает, что братья и сестры, имея общие гены, используют их по-разному в процессе взросления.
Роль экспрессии генов и тестостерона
Измерения экспрессии тысяч отдельных генов на разных стадиях развития показали:
- Половые различия в экспрессии генов резко возрастают с возрастом, по мере того как самцы и самки расходятся в размерах. Это демонстрирует огромную гибкость в использовании одной и той же ДНК-инструкции для достижения разных конечных точек.
- Многие паттерны экспрессии генов, типичные для взрослых самцов, можно вызвать у самок, обработав их гормоном тестостерон.
Выводы и эволюционные последствия
Гормоны, такие как тестостерон, благодаря своему широкому влиянию на экспрессию генов в течение всего развития, играют ключевую роль в формировании генетической основы признаков. Это, в свою очередь, влияет на то, как эти признаки будут эволюционировать в ответ на естественный и половой отбор.
Почему самцы такие крупные?
Есть две вероятные причины:
- Территориальность самцов: крупный размер дает преимущество в боях с другими самцами и защите самок.
- Репродуктивная стратегия самок: в отличие от многих ящериц, они не вынашивают большие кладки яиц. Самки производят по одному яйцу каждые 7–10 дней с апреля по ноябрь. Вероятно, они вкладывают энергию не в рост, а в максимально быстрое производство этих одиночных яиц.
Текущие исследования
Кокс и его группа сейчас работают над тем, чтобы понять, как естественный и половой отбор по-разному действуют на самцов и самок на протяжении всего развития, отслеживая выживаемость и репродуктивный успех тысяч особей в диких популяциях.