Механизмы возникновения новых видов до сих пор полностью не изучены. Какие эволюционные процессы движут эволюцией новых видов? Биологи-эволюционисты традиционно предполагали, что решающую роль играют географические барьеры между популяциями животных (аллопатрическое видообразование): вид физически разделяется на две или более изолированные популяции, тем самым предотвращая поток генов между этими группами. Субпопуляции приспосабливаются к своей среде обитания и превращаются в независимые виды с разными характеристиками. Однако в последние годы биолог-эволюционист, профессор Аксель Мейер из Констанцского университета, не только смог показать, что новые виды могут развиваться из исходной популяции в пределах общей среды обитания и в присутствии потока генов (симпатрическое видообразование), но и что этот тип видообразования может быть гораздо более распространенным, чем считалось ранее. Его лаборатория исследует как экологические, так и генетические механизмы, способствующие симпатрическому видообразованию. В недавней публикации в научном журнале «Молекулярная биология и эволюция» Аксель Мейер и его коллеги Паоло Франчини, Пейвен Сюн, Кармело Фручиано, Ральф Шнайдер, Йоост Уолтеринг и Даррин Халси определяют решающую роль, которую играют своего рода генетические переключатели, микроРНК, в симпатрическое видообразование.
Быстрая эволюция цихлид
Исследователи во главе с Акселем Мейером анализируют цихлид Мидас из вулканических кратерных озер Никарагуа в качестве модельной системы в своих исследованиях. Цихлиды известны своей способностью приспосабливаться к новым условиям с исключительно высокой скоростью и образовывать новые виды. Новые виды рыб произошли от популяции, обнаруженной в больших озерах Никарагуа, но после колонизации нескольких очень маленьких и молодых кратерных озер они адаптировались к новым экологическим нишам, развили новые характеристики (например, более вытянутое тело или другую челюсть) и эволюционировали. во множество новых видов менее чем за 22 000 лет. Еще одной отличительной чертой этих цихлид Мидаса является то, что они эволюционировали в разные виды в пределах одной и той же популяции, иногда многократно, адаптируясь к разным экологическим нишам в своих небольших кратерных озерах. Таким образом, цихлиды Мидас из Никарагуа являются одним из наиболее известных примеров симпатрического видообразования. За такой короткий промежуток времени новые мутации вряд ли произойдут. Это сделало поиск молекулярного механизма, который может вызывать различные формы тела, адаптации и, следовательно, различные экологические ниши, таким сложным и интересным. Эволюция микроРНК и новые участки-мишени для них, регулирующие экспрессию генов, предлагают один потенциальный молекулярный механизм, который может привести к очень быстрым эволюционным изменениям с очень небольшими генетическими различиями между чрезвычайно молодыми видами.
микроРНК
Биологи из Констанца провели генетический анализ пяти видов цихлид Мидас из кратерных озер Апойо и Ксилоа. Здесь они сосредоточились, в частности, на функции так называемой микроРНК - некодирующей рибонуклеиновой кислоты, оказывающей регулирующее влияние на экспрессию генов. Исследователи обнаружили повышенную активность микроРНК у молодых рыб через день после их вылупления во время фазы формирования тела рыб. Они проанализировали взаимодействие между микроРНК и экспрессией генов, идентифицировав определенные пары микроРНК и генов, которые влияют друг на друга. МикроРНК подавляет экспрессию генов-мишеней и тем самым оказывает на них регуляторное действие: чем активнее та или иная микроРНК, тем эффективнее подавляется или «выключается» ген-мишень. «Результаты наших исследований убедительно доказывают, что чрезвычайно быстро развивающаяся регуляция микроРНК способствует быстрому симпатрическому видообразованию цихлид Midas», - говорит Паоло Франчини.