Ничто так не сближает двух людей, как секс, но для близкородственных видов плодовых мушек это может быть тем, что их разделяет. Исследователи из Чикагского университета недавно обнаружили ген, который, по-видимому, играет решающую роль в том, что один вид разделяется на два и остается таким. Этот ген делает мужское потомство двух недавно разделенных видов бесплодным - состояние, известное как гибридное мужское бесплодие.
«Как происходит видообразование - один из центральных вопросов эволюционной биологии», - говорит Чанг-И Ву, доктор философии. Д., председатель и профессор кафедры экологии и эволюции Чикагского университета и старший автор статьи в выпуске журнала Science от 20 ноября. «Географическая изоляция и изменения в окружающей среде - это только часть того, что движет видообразованием. Существуют также изменения на генетическом уровне, вызванные половым отбором. В результате два вновь сформировавшихся вида не могут снова смешаться в один».
Многие виды насекомых и млекопитающих проявляют мужскую стерильность у межвидовых гибридов на ранних стадиях видообразования. Например, мужское потомство от помеси яка и коровы бесплодно. Самцы «зонки», потомки зебры и осла, также бесплодны. Ву предположил, что гибридное мужское бесплодие должно быть ранним индикатором видообразования.
Чау-Ти Тинг, научный сотрудник лаборатории Ву, точно определил ген (их может быть много), участвующий в обеспечении бесплодия у гибридных самцов. Он делает это, развиваясь так быстро, что потомство мужского пола, произведенное двумя недавно дивергировавшимися или «родственными» видами, настолько отличается от своих родителей, что не может производить сперму.
Ген, который, по мнению Тинга, способствует мужскому бесплодию гибридов, является геном гомеобокса. Гены гомеобокса, обычно участвующие в развитии и дифференцировке клеток, являются одними из самых медленно развивающихся генов во всей природе. Это означает, что они почти идентичны у столь разных организмов, как черви и обезьяны. Но когда Ву посмотрел на определенный ген гомеобокса у двух родственных видов плодовых мушек, D., simulans и D. mauritiana, они оказались очень разными.
Гены гомеобокса обычно не отличаются более чем на несколько пар оснований, даже если сравнивать их у человека и беспозвоночных. Но когда мы рассмотрели этот ген гомеобокса у двух очень близкородственных видов плодовых мушек, они были очень разными, что позволяет предположить, что этот ген развивается с очень высокой скоростью», - говорит Ву.
Ву считает, что причина, по которой ген гомеобокса находится на пути эволюции (он эволюционирует в 100-1000 раз быстрее, чем любой другой изученный ген гомеобокса), заключается в том, что он контролирует мужскую сексуальную функцию.
Гены, связанные с мужской репродукцией, развиваются быстро, потому что они находятся под сильным давлением из-за интенсивной конкуренции между самцами за оплодотворение яйцеклеток. «Идея состоит в том, что может появиться что-то, что даст одному самцу преимущество в гонке за размножением», - говорит Ву. «Выгодный ген будет отобран и передан потомству мужского пола».
Обычно сексуальные преимущества у мужчин связаны с выработкой спермы или составом эякулята, «всем, что облегчает их сперматозоидам попадание в яйцеклетку», объясняет Ву. Быстро меняющийся ген гомеобокса делает родственные виды несовместимыми и останавливает поток генов между ними. Затем виды могут развиваться по отдельности, и их уникальные инновации не теряются при смешении.