Животные, которые либо мигрировали, либо были завезены в Центральную Европу, такие как азиатский кустарниковый комар или азиатская божья коровка, чувствуют себя очень комфортно в своих новых домах из-за меняющихся климатических условий. Если эти пришельцы генетически совместимы с местными видами, они могут скрещиваться и производить гибриды, которые могут продолжать развиваться в местных условиях окружающей среды - процесс, который, как было показано, имел место в ходе эволюции человека, например, между Homo sapiens и неандертальцами. Новые гены, внесенные чужеродными видами, обеспечивают новые генетические комбинации, которые могут быть полезными и, таким образом, благоприятствуют естественному отбору. Согласно теории гибридного роя, скрещивание между гибридными видами и родительскими видами может привести к расхождению популяций и даже к появлению новых видов с новыми характеристиками. Но как современная наука может обосновать эту теорию и выявить фундаментальные механизмы, лежащие в основе такого видообразования?
Для продвижения исследований и знаний о том, как животные диверсифицируются (адаптивная радиация) для образования новых видов (видообразования), биологи-эволюционисты, работающие с профессором Акселем Мейером из Университета Констанца и профессором Кристианом Штурмбауэром из Университета Граца, проанализировали цихлид. рыба из экосистемы озера Танганьика в Восточной Африке. «Это исследование - наше крупнейшее с точки зрения объема данных и уровня сотрудничества с тех пор, как мы начали работать вместе в 1990 году, - наконец позволило нам достичь почти полного понимания истории эволюции этих рыб, а также процессов, которые привели к формированию адаптивной радиации цихлид озера Танганьика», - объясняет Аксель Мейер.
Насчитывая более 1700 видов, идентифицированных во всем мире, из которых несколько сотен являются эндемиками озера Танганьика, цихлиды являются модельной системой животных, которую ученые могут использовать для расшифровки быстрого и, следовательно, труднообъяснимого появления видов. Исследователи не только смогли установить взаимосвязь между наиболее спорными ветвями генеалогического древа цихлид и объяснить быструю раннюю радиацию цихлид в озере Танганьика, но они также смогли пролить свет на широко обсуждаемую хронологию событий, связанных с цихлидами. видообразование. Результаты их исследования были опубликованы сегодня в научном журнале Nature Communications.
Построение новых эволюционных деревьев с помощью ДНК
Собрав ДНК цихлид, а затем секвенировав более 500 выбранных генов рыб с помощью передовых методов геномного секвенирования, исследовательская группа смогла установить новые эволюционные деревья восточноафриканских цихлид и объяснить, почему новые виды иногда появляются в всплески. Исследователи обнаружили, что даже в начале распространения древнейших цихлид гибридизация между линиями колонизаторов, вызванная окружающей средой, привела к появлению инновационных форм, которые затем быстро размножались в стабильных условиях, тем самым «повышая» скорость инноваций и развития видов. Что касается эволюционного развития «современных» цихлид из озера Танганьика и в соответствии с теорией гибридного роя, исследовательская группа обнаружила, что вид цихлид из Нижнего Конго достиг озера и скрещивался со своими озерными предками, тем самым способствуя адаптивному развитию. радиация цихлид в озере Танганьика. Эта речная цихлида физически больше не присутствует в сегодняшнем озере, но ее можно обнаружить с помощью генетической информации в других разнообразных родословных.
Некоторые гены цихлид, влияющие, например, на окраску тела и специализацию челюстей, диверсифицировались быстрее и связаны с колонизацией новых озер.«Именно те характеристики, которые подвергаются отбору, ответственны за развитие новых видов», - объясняет Кристиан Штурмбауэр. Используя новейшую методологию фиксированного гибридного секвенирования, исследовательская группа впервые смогла показать, что инновации в челюстях цихлид имеют решающее значение с точки зрения обеспечения доступа рыб к ранее неиспользованным источникам пищи.
Использование окаменелостей для создания новых деревьев времени
Исследовательская группа во главе с Акселем Мейером и Кристианом Штурмбауэром также смогла пролить свет на широко обсуждаемую хронологию событий (временное дерево), относящуюся к эволюции цихлид: до сих пор исследования, в которых использовалась калибровка молекулярных часов, приводили к возрасту, который были либо слишком молоды, либо слишком стары, и которые в целом было проблематично согласовать с геологической историей Восточной Африки. Используя набор калибровок окаменелостей, который включает в себя недавно обнаруженную окаменелость, связанную с излучением Танганьики, исследовательская группа провела новый анализ молекулярных часов, который впервые согласует раскол южного континента Гондваны с хронологией затопления Восточно-Африканского континента. Рифтовая долина, где цихлиды озера Танганьика развивались вместе с созревающей озерной экосистемой.«Эти результаты могут помочь нам понять, например, происходящие изменения, вызванные изменением климата в животном мире», - подчеркивает Штурмбауэр.