Посетители Мексики и юго-запада США не могут не испытывать благоговейный трепет перед одинокой и величественной сагуаро, возвышающимися гроздьями кактуса органной трубы и кардоном Баха, соответствующим образом названным «слоновым» кактусом. Один только сагуаро может вырасти до высоты более 75 футов.
Ученые секвенировали полные геномы четырех из этих столбчатых кактусов и, к своему удивлению, обнаружили, что их семейные отношения не так прямолинейны, как предполагает их форма.
По словам Ноа Уайтмана, доцента кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли, который является соавтором статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, генеалогическое древо кактусов и, в частности, гигантские кактусы - гигантский сагуаро, органная труба, сенита и кардон, также называемый мексиканским гигантским кактусом, было очень трудно отследить. Найденные только в Америке, кактусы адаптировались к широкому спектру окружающей среды, и в настоящее время их насчитывается 1438 видов. Тем не менее ученые расходятся в 10 раз относительно того, сколько родов кактусов представляют эти виды.
Отчасти это связано с тем, что одни и те же черты, например, сочность и столбчатая форма, по-видимому, развились отдельно в разных линиях: то, что известно как параллельная эволюция.
В ходе исследования, проведенного под руководством коллег Уайтмана из Университета Аризоны и Национального автономного университета Мексики, ученые создали отдельные генеалогические деревья каждого гена, общего для всех видов. Они обнаружили, что их история была искажена из-за долгого времени поколения - кактусы сагуаро могут жить 150 и более лет, что затрудняет понимание взаимоотношений между видами даже при наличии полной геномной информации..
Они определили, однако, что некоторые сходства, такие как сочная плоть, которая делает некоторые кактусы хорошим аварийным источником воды, являются результатом древних генов, которые были сохранены одними кактусами, но утрачены другими. То, что выглядело как параллельная эволюция, когда некоторые виды приобретали новые гены и новые функции, на самом деле было просто случайной потерей генов у всех других видов.
Выводы могут иметь последствия для судьбы этих кактусов, которые теряют среду обитания из-за человеческого развития в засушливых районах Америки.
«Многие виды находятся под угрозой исчезновения, и тот факт, что мы не понимаем их взаимоотношений, делает это чреватым», - сказал Уайтман, который также является преподавателем Центра вычислительной биологии и филиалом Университета и Джепсона. Гербарии и Музей зоологии позвоночных.
Работа также затрагивает недавно обнаруженную сложность в интерпретации эволюции всех растений и животных.
«Только с секвенированием всего генома мы смогли увидеть этот образец неполной сортировки клонов, называемый гемиплазией, который внешне выглядит как конвергентная или параллельная эволюция, или гомоплазия», - сказал он. «Это важное достижение, потому что такие закономерности можно ошибочно принять за свидетельство параллельной эволюции на молекулярном уровне, что сейчас является горячей темой в эволюционной биологии».