Черные вороны и серые вороны генетически почти неразличимы, а гибридное потомство плодовито. Биологи Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене теперь показывают, что эти две формы остались разными, в основном из-за доминирующей роли цвета оперения в выборе партнера.
Вороны поделили между собой Европу. Западная Европа - это царство черной, как сажа, черной вороны, а восточная половина континента - родина серой вороны с серовато-черным оперением. Граница между двумя популяциями - или, точнее, гибридная зона, где они встречаются, - имеет ширину всего 20-50 км и в Германии проходит по течению реки Эльбы. Это единственный участок территории, на котором оба этих вида встречаются и успешно спариваются друг с другом. Оперение плодовитых потомков этих пар имеет промежуточный цвет между оперением их родителей. Однако резкое разграничение между двумя популяциями ясно указывает на то, что поток генов через гибридную зону ограничен, что означает, что гибриды находятся в невыгодном положении. «Определяя видообразование как наращивание репродуктивной изоляции, вороны-падальщики и серые вороны находятся в процессе видообразования», - говорит биолог-эволюционист LMU Йохен Вольф. Он и его исследовательская группа проанализировали генетическую основу разделения европейских ворон на две популяции. Действительно, результаты исследования показывают, что старая поговорка «одного поля ягоды слетаются в стаю» действительно применима в данном случае: единственные гены, которые существенно различаются между двумя вариантами, - это гены, участвующие в определении цвета оперения. Это говорит о том, что каждая форма предпочтительно спаривается с партнерами того же цвета, что и они сами. Новые результаты опубликованы в журнале Nature Ecology and Evolution.
Европейские вороны когда-то составляли единую популяцию. Считается, что он неоднократно разрушался во время последних ледниковых максимумов за последние десятки-сотни тысяч лет назад, когда вороны отступили из Центральной Европы в более мягкие убежища в Испании и на Балканах. В конце последнего ледникового периода они вернулись в свои старые места обитания. Но они изменились за время изоляции. «Скорее всего, в восточной популяции возникла мутация, которая наделила своих носителей более светлым, серым оперением», - говорит Вольф. Затем падальщики и серые вороны снова вступили в контакт и образовали узкую гибридную зону. Однако генетические механизмы, ответственные за сохранение различий между двумя популяциями, остаются неясными.
Чтобы идентифицировать эти механизмы, Вольф и его коллеги сначала секвенировали геномы ворон-падальщиков и серых ворон.«Мы обнаружили, что геномы обеих форм почти идентичны, и что несколько генетических локусов, которые отличают серых и черных ворон, вероятно, участвуют в определении цвета их оперения», - говорит Вольф. «Теперь мы провели более подробный анализ и определили степень генетического смешения между двумя популяциями. Используя технику, известную как картирование примесей, мы определили генетическую основу их расхождения». Для этого его команда изучила варианты локусов в геномах более 400 птиц - из гибридной зоны и из регионов, в которых та или иная из двух форм является эндемичной.
Таким образом удалось выявить гены, отвечающие за различие в окраске серых и черных ворон. «Это различие в значительной степени можно объяснить вариациями всего в двух генетических факторах. Кроме того, мы показали, что эти два локуса взаимодействуют друг с другом», - объясняет Вольф. Другими словами, эти два фактора вместе определяют окраску оперения. Дальнейшие анализы подтвердили, что остальная часть генома может свободно обмениваться между двумя популяциями, что является общим для ворон-падальщиков в Западной Европе и серых ворон в восточной половине континента. «Только два основных гена-эффекта, которые вместе кодируют окраску оперения, резко различаются по обе стороны от гибридной зоны - аллели серого не обнаружены к западу от зоны, а аллель черного отсутствует в восточном регионе», - говорит Вольф. «Это очень убедительный признак того, что существует строгий отбор на основе цвета».
По мнению авторов исследования, эти результаты убедительно показывают, что гибридная зона вдоль Эльбы представляет собой пример видообразования на ранней стадии, за которым последовал вторичный контакт между двумя появляющимися видами. Классическое биологическое определение вида, основанное на концепции репродуктивной изоляции, т. е. на предпосылке, что гибридное потомство от скрещивания «настоящих» видов бесплодно, в данном случае явно неприменимо. Тем не менее поток генов локально ограничен в геноме, потому что каждая форма предпочтительно спаривается с особями одного цвета. Это, в свою очередь, означает, что гибриды с промежуточным окрасом менее склонны к размножению. Но две популяции еще не полностью изолированы друг от друга генетически, так как все же происходит гибридизация. «Сейчас мы используем математическую модель для определения уровня гибридизации в гибридной зоне в ее нынешнем виде», - говорит Вольф. «Первоначальные данные свидетельствуют о том, что он очень низкий, порядка нескольких процентных пунктов».