Новое исследование скрещивания двух видов ревунов в Мексике, проведенное Мичиганским университетом, дает представление о силах, движущих эволюцией новых видов.
Как в природе появляются новые виды? Одна распространенная, но чрезмерно упрощенная версия этой истории выглядит так: популяция животных или растений становится географически изолированной - например, из-за реки, которая меняет русло, или горного хребта, который поднимается вверх, - и две разделенные группы со временем накапливают генетические различия. поскольку они адаптируются к окружающей среде в изоляции.
В конце концов, ДНК двух групп настолько различна, что две популяции считаются разными видами. Вуаля, видообразование произошло.
На самом деле процесс намного сложнее. В то время как географическая изоляция может запустить процесс видообразования, биологи-эволюционисты считают, что другие силы, включая различные формы естественного отбора, могут помочь завершить его.
Новое исследование UM предоставляет редкие эмпирические доказательства того, что множественные формы естественного отбора, в том числе спорный, называемый подкреплением, помогают завершить процесс видообразования в естественной «гибридной зоне» обезьян-ревунов, месте, где два вида сосуществуют и иногда скрещиваются в процессе, называемом гибридизацией.
Публикация исследования запланирована на 22 декабря в журнале Molecular Ecology. В статье исследователи используют гибридную зону приматов для идентификации частей генома, которые, вероятно, содержат гены, лежащие в основе видообразования, и для проверки сигналов сил отбора, которые их сформировали.
«Мы наблюдали закономерности в генетических данных, предполагающие, что гибридизация играет непосредственную роль в завершении процесса видообразования, усиливая генетические различия между видами», - сказала кандидат в доктора медицины Марселла Байз, первый автор исследования. Другими авторами являются Лилиана Кортес-Ортис и Присцилла Такер из Департамента экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс.
«Мы обнаружили признаки множественных форм естественного отбора, ведущих к различиям между видами, включая подкрепление - процесс, который вызывает бурные споры», - сказал Байз. «Этот результат особенно примечателен, потому что эмпирические доказательства подкрепления чрезвычайно редки, особенно генетические доказательства».
Два вида в центре исследования, обезьяны-ревуны в мантиях и черные обезьяны-ревуны, разошлись около 3 миллионов лет назад и жили порознь до относительно недавнего времени, когда они снова вступили в контакт - возможно, в течение последних 10 000 лет. - в гибридной зоне шириной примерно 12 миль в юго-восточном мексиканском штате Табаско.
Вид когда-то определялся как группа фактически или потенциально скрещивающихся особей, репродуктивно изолированных от других подобных групп. Концепция репродуктивной изоляции является ключевой для этого определения и означает, что, несмотря на любую гибридизацию, настоящие виды сохраняют свою уникальность.
Однако современный взгляд на вид не требует полной репродуктивной изоляции, и было обнаружено, что гибридизация довольно распространена в природе.
В гибридной зоне ревунов в Мексике, где Кортес-Ортис и ее коллеги из UM проработали около двух десятилетий, анализ образцов ДНК подтвердил, что черные и мантийные обезьяны-ревуны скрещиваются и производят гибридное потомство. Тот факт, что между двумя группами происходит гибридизация, означает, что репродуктивная изоляция является неполной.
Эволюционные биологи считают, что различные воздействия естественного отбора могут помочь завершить этот процесс, укрепив барьеры на пути потока генов между двумя группами, подталкивая их к полной репродуктивной изоляции.
И поскольку естественный отбор отдает предпочтение организмам, которые успешно размножаются, а не тем, которые этого не делают, он предвзято относится к гибридам, которые иногда умирают до размножения или просто неспособны размножаться.
Естественный отбор пытается заблокировать образование этих "непригодных" гибридов. Один из способов сделать это - постепенно увеличивать генетические различия между двумя группами организмов - в данном случае между черными и мантийными обезьянами-ревунами - так, чтобы им было труднее спариваться и производить гибридное потомство.
Работая таким образом над предотвращением образования гибридов, естественный отбор усиливает репродуктивную изоляцию, увеличивая генетические различия. Этот процесс называется подкреплением; хотя эта идея существует уже более века, эмпирических доказательств в ее поддержку мало.
Чтобы проверить наличие подкрепления, Байз и ее коллеги сравнили ДНК черных и мантийных ревунов, живущих в гибридной зоне Табаско, с ДНК черных и мантийных ревунов, живущих далеко от гибридной зоны.
Если подкрепление работает, чтобы помешать гибридизации и усилить репродуктивную изоляцию, то генетические различия между двумя видами в гибридной зоне должны быть больше, чем генетические различия между обезьянами этих двух видов, живущими по обе стороны гибридной зоны. зона.
И это именно то, что Байз и ее коллеги обнаружили, когда они сравнили генетические маркеры, которые находятся на уровне или рядом с генами, которые, вероятно, связаны с репродуктивной изоляцией.
«Видообразование - это сложный процесс, который может управляться прямыми и косвенными механизмами, взаимодействующими для поддержания и усиления процесса, и это исследование - один из немногих естественных примеров, подтверждающих это», - сказал Байз.