Для развития нового вида необходимы две вещи: характеристика, такая как цвет, уникальная для одного вида, и предпочтение этой характеристики при спаривании. Например, особи синего вида рыб предпочитают синих товарищей, а особи красных видов рыб предпочитают красных товарищей. Если два вида скрещиваются, ожидается, что процесс половой рекомбинации разрушит связь между предпочтениями цвета и партнера и сформирует красных особей, предпочитающих синих партнеров, и наоборот. Это предотвратит расхождение двух видов, и это одна из причин, почему долгое время считалось, что новые виды могут развиваться только в абсолютной изоляции, без скрещивания..
Однако динамика этого процесса зависит от точного количества и расположения генов, лежащих в основе видовых характеристик и предпочтений партнера, силы естественного отбора, воздействующего на эти гены, и степени межвидового скрещивания. В новом исследовании профессор Оскар Пуэбла из Центра океанических исследований Гельмгольца GEOMAR в Киле в Германии вместе с коллегами из Смитсоновского института тропических исследований в Панаме обнаружили, что естественный отбор может связывать эволюцию генов, определяющих окраску и предпочтения партнера, когда виды все еще скрещиваются между собой.. Исследование было опубликовано сегодня в международном журнале Nature Ecology and Evolution.
«Чтобы ответить на этот вопрос, первой задачей было определить группу животных, в которой виды еще молоды и скрещиваются между собой, с четкими видовыми характеристиками и в которых хорошо изучены основы репродуктивной изоляции», - объясняет Оскар Пуэбла.. Гамлеты, группа близкородственных рифовых рыб из обширного Карибского бассейна, составляют именно такую группу. Деревни чрезвычайно близки генетически, существенно различаются по цветовой гамме и репродуктивно изолированы благодаря сильным предпочтениям в выборе партнера, основанным на визуальном образе.
Вторая трудность заключается в идентификации генов, лежащих в основе различий между видами и предпочтений в выборе партнера. Авторы нового исследования собрали эталонный геном деревень и секвенировали полные геномы 110 особей трех видов в Панаме, Белизе и Гондурасе. «Этот мощный набор данных позволил нам идентифицировать четыре узкие области генома, которые сильно и постоянно различаются между видами на фоне почти полного отсутствия генетической дифференциации в остальной части генома», - говорит соавтор Космас Хенч из GEOMAR. В соответствии с экологией и репродуктивной биологией деревень эти четыре интервала включают гены, участвующие в зрении и окраске.
Данные также показывают, что гены зрения и окраски остаются связанными, несмотря на то, что они расположены на трех разных хромосомах, и что виды все еще скрещиваются. О таком соединении ранее сообщалось, когда два набора генов очень близко расположены друг к другу на хромосомах, и в этом случае они защищены от половой рекомбинации, но не тогда, когда они находятся на разных хромосомах. Снимая самые ранние стадии видообразования в деревнях, команда показывает, как отбор может способствовать созданию новых видов.
«Многие близкородственные рыбы коралловых рифов мало чем отличаются друг от друга, кроме цвета и рисунка», - сказал Оуэн Макмиллан, соавтор и академический декан Смитсоновского института тропических исследований. «Я полностью ожидаю, что открытия, которые мы сделали в деревушках, применимы к другим формам жизни и могут в конечном итоге объяснить удивительное разнообразие рыб на коралловых рифах по всему миру».