Большинство позвоночных имеют два набора хромосом, один от матери и один от отца, включая людей, которые, таким образом, являются диплоидными. Напротив, полиплоидия, означающая наличие трех или более наборов хромосом, у животных встречается очень редко. Чтобы выяснить, как возникли новые виды позвоночных и, в более общем плане, как появилось современное биоразнообразие, биологи-эволюционисты изучают зеленых жаб (Bufo viridis) - превосходную модельную систему для изучения различных эволюционных процессов, поскольку они могут быть диплоидными или полиплоидными. Доктор Матиас Шток из Института пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водах им. Лейбница (IGB) и исследователи из Лозаннского университета (Швейцария) и Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) только что опубликовали обширное филогенетическое древо евразийского жабы. Это филогенетическое дерево показывает, что полиплоидные виды являются гибридами и происходят только от родительских видов с очень высокой степенью генетического расхождения.
Большинство полиплоидных рыб, амфибий и рептилий являются гибридами и содержат генетический материал двух генетически отдельных родительских форм: все хромосомы родительских форм сохраняются, а виды с более чем двумя наборами хромосом развиваются. Таким образом, новые гибридные виды могут появиться в течение нескольких поколений, проявляя характеристики и признаки, которых нет ни у одной из родительских линий (трансгрессивные признаки). Следовательно, полиплоидное гибридное видообразование существенно отличается от классических форм видообразования (в том числе аллопатрического), происходящего в течение очень длительных периодов и в большинстве случаев за счет пространственного разделения популяций. Обе формы видообразования встречаются у зеленых жаб. Линии европейских диплоидных видов зеленых жаб встречаются в нескольких регионах Евразии через разные периоды времени и спариваются, однако без образования полиплоидных жаб. Напротив, некоторые только отдаленно связанные азиатские зеленые жабы произвели виды с тремя или четырьмя наборами хромосом (три- или тетраплоидия).
Авторы сравнили свои выводы об эволюции евразийских зеленых жаб с данными, опубликованными о полиплоидных рыбах, амфибиях и рептилиях. «Предположительно, одним из предварительных условий для успешной эволюции полиплоидных позвоночных является большое эволюционное расхождение предков, то есть высокая степень генетической дистанции», - пояснил д-р Маттиас Шток, биолог-эволюционист из IGB, резюмируя наиболее важный вывод исследования. Генетическая экспертиза показала, что только предки полиплоидных зеленых жаб, которые разошлись примерно на шесть миллионов лет, внесли свой вклад в полиплоидную эволюцию. Более близкородственные линии образовали только гибридных жаб с двумя наборами хромосом (диплоиды).
Больше полиплоидии со времен ледникового периода
Кроме того, исследователи обнаружили, что виды полиплоидных жаб в основном эволюционировали с начала ледникового периода (примерно два миллиона лет назад). Они предполагают, что полиплоиды адаптировались к более экстремальным климатическим условиям за счет новых признаков, обеспечиваемых «дополнительными» хромосомными наборами, позволяющими им занимать новые экологические ниши, недоступные родительским видам.