Когда два родственных вида скрещиваются, их генетический материал скрещивается, что может привести к появлению новых видов. Но время от времени потомство бывает разным, в зависимости от того, какой из двух видов является матерью, а какой отцом. Известным примером гибрида является мул, потомок самца осла и самки лошади. Наоборот, потомство самки осла и самца лошади - другое животное: лошак. Таким образом, имеет значение, какой вид является отцом, а какой матерью.
Один гибрид жизнеспособный, другой гибрид нет
И мулы, и лошаки бесплодны, потому что ослы и лошади имеют разное количество хромосом, белковых структур, на которых присутствует генетический материал. Однако дрожжи, растения, рыбы и амфибии (в отличие от млекопитающих) могут давать плодовитые гибриды. Профессор молекулярной биологии развития Герт Ян Веенстра: «Например, у лягушек может возникнуть дупликация хромосом, при которой весь набор хромосом от отца и матери передается следующему поколению». Однако есть и другая проблема: некоторые гибриды нежизнеспособны, а скрещивание наоборот. Эмбрионы генетически идентичны, но существует разница в жизнеспособности в зависимости от вида отца и вида матери. Винстра: «Несмотря на то, что это жизненно важно для эволюции, механизмы жизнеспособных и нежизнеспособных гибридов до сих пор неизвестны».
Скрещивание африканской и западной когтистой лягушки
Ученые продемонстрировали это явление в исследованиях с двумя родственными видами лягушек: Xenopus tropicalis и Xenopus laevis (также известными как западная и африканская когтистые лягушки соответственно). Когда самку африканской когтистой лягушки скрещивают с самцом западной когтистой лягушки, эмбрионы становятся жизнеспособными. Однако, наоборот, скрещивание самца африканской шпорцевой лягушки и самки западной шпорцевой лягушки приводит к гибели эмбрионов на ранних стадиях развития. Почему так, осталось неясным.
Нежизнеспособен из-за дисфункционального разделения отцовских хромосом
10 января исследователи опубликовали информацию о том, что пошло не так во время этого скрещивания: материнский молекулярный механизм западной когтистой лягушки не может полностью распознать отцовские хромосомы африканской когтистой лягушки. Два специфических фрагмента отцовских хромосом несовместимы с материнской клеткой, и поэтому разделение хромосом во время клеточного деления нарушается. Этим клеткам теперь не хватает большого количества важных генов, таких как гены метаболизма, и поэтому они быстро умирают.
Это показывает, что существует сильная асимметрия, когда дело доходит до гибридов, в зависимости от вида отца и вида матери.«Эти выводы важны, потому что этот тип гибридов присутствует в природе и в некоторых случаях приводит к появлению новых видов. Когда образуются новые виды, кажется, что наступает переходный период: близкородственные виды способны производить жизнеспособное потомство, но если хромосомы перестают быть совместимыми, это приводит к асимметричным результатам скрещивания. При дальнейшем разделении видов скрещивание больше не приводит к жизнеспособному потомству. Здесь мы показываем клеточный механизм, стоящий за этим явлением», - утверждает Герт Ян Веенстра.
Жизнеспособный гибрид также раскрывает молекулярный механизм
Жизнеспособный гибрид самца западной шпорцевой лягушки и самки африканской шпорцевой лягушки также выявил молекулярный механизм: в одном из геномов активируются паразитические элементы ДНК (транспозоны). Винстра: «Иммунная система самки не приспособлена для распознавания отцовских транспозонов и, следовательно, не подавляет их. Как следствие, элементы ДНК паразитов теперь могут выполнять новую роль: они могут действовать как регуляторная ДНК, влияющая на активность генов. Это может оказать большое влияние на формирование и характеристики нового вида». Эти результаты были опубликованы в журнале Genome Biology (Elurbe et al, 2017).