Певчие птицы обмениваются генами яркого оперения между видами

от

Обычно мы думаем об эволюции как о линейном процессе, в котором внутри вида постоянно действует принцип «выживание наиболее приспособленных». Возникают новые мутации ДНК, которые передаются от родителей к потомству. Если какие-то генетические изменения оказываются полезными, они могут дать молодым особям преимущество в выживании.

Однако со временем виды разделяются. Они продолжают развиваться медленно, следуя своим собственным траекториям с уникальными мутациями. Этот процесс за последние 3,5 миллиарда лет создал миллионы ветвей на эволюционном дереве жизни.

Но новые данные о секвенировании геномов показывают неожиданный поворот в этой длинной эволюционной истории. Оказывается, границы между видами на их ветвях этого дерева немного более проницаемы, чем считалось ранее. Вместо того чтобы ждать появления новых мутаций для решения конкретной проблемы, скрещивание между разными видами может привнести готовые генетические преимущества.

Изучение геномов

Я, как биолог-эволюционист, изучаю истории, написанные в геномах животных, уже более двух десятилетий. Основное внимание я уделяю ярким певчим птицам, называемым древесными warblers, которые обитают в Северной, Центральной и Южной Америке. Всего насчитывается около 115 видов, и они бывают самых разных ярких цветов.

Некоторые из этих птиц могут быть вам знакомы, например, блестящий черношапочный лесной певун (Setophaga fusca), который освещает вершины сосен в восточных лесах США и Канады весной и летом. Другие виды warblers могут быть менее известны, например, розовоголовый лесной певун (Cardellina versicolor), который обитает только в высокогорьях Гватемалы и южной Мексики.

История этих лесных певунов Нового Света была написана в течение последних 10 миллионов лет или около того — относительно недавно с точки зрения эволюции. Они все, по сути, «эволюционные соседи», сидящие рядом друг с другом на кончиках кроны дерева жизни.

В нашей последней работе, под руководством биолога-эволюциониста Кевина Беннетта, мы собрали огромный объём данных из геномов warblers — более 2 триллионов пар оснований, почти от каждого вида warblers, — чтобы узнать больше об их эволюционной истории.

Мы обнаружили, что некоторые виды неожиданно преодолели эволюционные препятствия, поделившись решениями эволюционных проблем. Теперь мы узнаём из таких данных, что виды — это не просто вертикальные «эволюционные силосы», как мы думали раньше. Вместо этого между ветвями эволюционного дерева происходит гораздо больше горизонтального «обмена информацией».

Эти лесные певцы присоединяются к амазонским бабочкам, цихлидам в Африке и нашему собственному гоминидному роду как примеры процесса эволюционного обмена.

Генетический обмен между эволюционными соседями происходит через гибриды — потомство, полученное при скрещивании особей двух видов. Известные гибриды включают потомство белых и гризли — ласково называемых «пицзли» — а также мулов, потомков лошадей и ослов.

Но в отличие от мулов, которые бесплодны и не могут воспроизводиться, в случаях естественных гибридов лесных певунов мы считаем, что это редкое потомство иногда может «возвращаться назад»: они скрещиваются с одним из родительских видов, в конечном итоге перемещая гены через видовые границы. Эти гибриды являются генетическим каналом, по которому гены передаются между ветвями эволюционного дерева.

Обмен генами, связанными с окраской

В этом семействе птиц мы ранее идентифицировали гены, связанные с их окраской на основе каротиноидов. Каротиноидные пигменты придают птицам их ярко-оранжевый, жёлтый и красный окрас — цвета, которые представлены у жёлтого лесного певуна. Но птицы, как и все позвоночные, не могут синтезировать каротиноидные пигменты самостоятельно. Они должны получать каротиноиды с пищей, а затем химически их обрабатывать.

Однако обработка каротиноидов, по-видимому, является эволюционным препятствием, которое преодолели не все птицы, и это довольно сложная проблема. Наше секвенирование геномов показывает, что у этих лесных певунов больше общих генов, связанных с каротиноидами, чем других общих генов в их геноме, и вполне вероятно, что разные версии генов, связанных с обработкой каротиноидов, улучшают приспособленность получателей.

Один ген, связанный с обработкой каротиноидов, называемый бета-каротиноксигеназой 2 (BCO2), передавался несколько раз внутри этого семейства птиц. Более того, BCO2, по-видимому, настолько популярен, что демонстрирует обмен второго порядка: передача от одного вида к другому, а затем к третьему.

Мы думаем, что эти гены так популярны, потому что самцы лесных певунов используют эти каротиноидные цвета для привлечения самок, которые обладают проницательным зрением. Самцы птиц получают каротиноиды из насекомых, которых они едят. Идея состоит в том, что чем красочнее самец, тем выше качество его рациона.

Из леса самцы своими яркими цветами каротиноидов сигнализируют, что они будут хорошими отцами с хорошими генами. Биологи называют такой вид демонстрации «честным сигналом». И если самцы получают новый ген, который позволяет им более эффективно перерабатывать каротиноиды, он, вероятно, будет распространяться быстрее и дальше в пределах вида, поскольку более яркие самцы потенциально будут иметь больший успех в спаривании.

Наше исследование с лесными певцами демонстрирует, как эволюция может перетасовывать гены между тонкими границами между видами. Эти близкие эволюционные соседи иногда обмениваются ДНК, включая потенциально полезные мутации, скрещиваясь через видовые границы, определённые системами классификации человека.

Мы подозреваем, что чем больше мы будем искать, тем больше мы будем находить такого рода заимствования среди эволюционных соседей. По мере того как мы разгадываем истории, рассказанные в геномах природных решателей проблем, мы, вероятно, обнаружим, что их нити глубоко переплетены.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте