1763544053
2025-11-19 07:49:00
Согласно недавнему исследованию каменочных птиц, даже один-единственный ген, перетасованный или отрегулированный по-новому, может стимулировать повторяющиеся всплески эволюционных инноваций.
Взрослый самец каменки “латиноамериканка 1”. (Фото: Рето Бурри)
Рето Бурри
Исследование было недавно опубликовано в рецензируемом научном журнале, Наукасообщая, что эволюционные инновации (которые могут привести к видообразованию) могут происходить быстро либо путем генетической перетасовки одного гена, либо путем подвергания его новой регуляции. Это противоречит общепринятому мнению, известному как «филетический градуализм», согласно которому эволюция считается медленным и постепенным процессом, основанным на накоплении генетических мутаций с течением времени, которые в конечном итоге приводят к новым физическим или поведенческим вариациям.
Вместо этого недавнее исследование показывает, что новая регуляция или перетасовка существующих генов, либо внутри существующего вида, либо посредством гибридизации между видами, может очень быстро генерировать новые физические или поведенческие черты, даже в течение одного поколения. Эта модель эволюции показывает, что эволюционные изменения могут произойти внезапно, после длительных периодов практически без видимых изменений. Эта гипотеза, известная как «прерывистое равновесие», была первоначально предложена Стивеном Джеем Гулдом и Найлсом Элдриджем в 1972 году (PDF).
Комплекс видов Oenanthe hispanica относится к группе близкородственных видов каменок, включая западную и восточную каменку с черными ушами, которые характеризуются сложной эволюционной историей, а также конвергентной эволюцией таких признаков, как оперение, и высокими темпами гибридизации. Слева: каменка восточная черноухая (Oenanthe melanoleuca). Вверху справа: белогорлый и чернозобый фенотипы. Внизу справа: каменка пестрая (Oenanthe pleschanka). Все птицы относятся к комплексу видов Hispanica. (doi:10.1126/science.ado8005)
Рето Бурри
латиноамериканец сложные каменки раскрывают, как возникает биоразнообразие
В этом исследовании группа ученых зафиксировала быстрые, повторяющиеся всплески эволюционных инноваций у насекомоядных певчих птиц размером с воробья, известных как каменки. Энанта виды, обитающие на открытой местности. У большинства каменок есть характерный белый или бледный круп, эта особенность послужила источником их своеобразного общего названия, которое, как полагают, является лингвистическим искажением слова «белая задница».
Но откуда взялась эта генетическая изменчивость?
Изменения даже в одном гене или в его экспрессии могут объяснить многие примеры быстрой адаптивной эволюции у этих птиц, однако неясно, как часто существовавшие ранее вариации приводят к такого рода сложностям и как лежащая в их основе генетическая архитектура ограничивает их.
Черно- и белогрудые самцы комплекса Oenanthe hispanica. (Коллаж: Дэйв Латген)
Дэйв Латген, изображение предоставлено Рето Бурри.
В полногеномном исследовании ассоциаций 335 отдельных птиц молекулярный эколог Рето Бурри, чья основная связь связана с Швейцарский орнитологический институти большая международная группа сотрудников начала с исследования генетики цвета горла пшеничного колоса. Они идентифицировали пять специфических однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) на хромосоме 20. Эти SNP сгруппировались рядом с геном, кодирующим сигнальный белок агути (АСИП), который регулирует выработку меланина, тем самым изменяя цвет оперения.
Поскольку цветовые различия, генерируемые ASIP, обычно являются результатом изменений в уровнях экспрессии генов, исследователи искали поблизости генетический элемент, который мог бы действовать как «реостат» для модуляции уровней ASIP. Они обнаружили долготерминальный повтор (LTR), генетический регуляторный элемент, расположенный рядом с АСИПчто может увеличить АСИП выражение, таким образом создавая оперение черного или белого цвета.
После дальнейшего расследования команда обнаружила, что каменка с белым горлом, О. Плещанкаи каменка чернозобая, О. melanoleucaимели одну и ту же группу вариаций ДНК в этой генетической области, что позволяет предположить, что должны быть задействованы и другие генетические факторы.
Окраска горла каменки и лежащая в ее основе генетика. (Работа: Мануэль Швейцер)
Изображение предоставлено Рето Бурри
“Окраска горла полностью объясняется комбинацией кодирующих мутаций в ASIP с присутствием/отсутствием ретротранспозона LTR, обнаруженного выше ASIP. Окраска мантии и шейной стороны в то же время кодируется серией (17) однонуклеотидных вариантов выше ASIP”, – сообщил мне доктор Бурри по электронной почте.
Затем исследователи определили дополнительные варианты SNP, связанные с окраской мантии и шеи, которые, по-видимому, имели аддитивный эффект: для образования белой мантии в этих локусах требовалось больше «белых» вариантов SNP.
Окраска мантии каменки и лежащая в ее основе генетика. (Работа: Мануэль Швейцер)
Изображение предоставлено Рето Бурри.
Откуда возникли эти генетические черты? Популяционно-генетический анализ показал, что белая окраска горла и мантии впервые появилась в О. melanoleuca а затем распространились по видам посредством гибридизации (интрогрессии).
Доктор Бурри считает, что эти цветовые изменения сохранились в популяции, потому что они, вероятно, помогли белогорлым птицам более эффективно использовать специализированные кормовые ниши.
Эволюция цвета оперения каменки. Белая окраска мантии и горла развилась у O. melanoleuca в результате регуляторных мутаций (мантия) и кодирующих мутаций, а также вставки TE (горло) в гене ASIP.
doi:10.1126/science.ado8005
Что вас больше всего удивило в результатах этого исследования?
“Я думаю, самым большим сюрпризом было то, как красиво окраска каменки иллюстрирует эволюцию в действии. Она показывает, что вопросы “или-или” редко имеют единственный ответ, но что многие типы вариаций и эволюционных процессов действуют вместе, формируя фенотипическое и видовое разнообразие вокруг нас”, – сказал мне доктор Бурри по электронной почте.
Расположение этих черно-белых пятен характерно для каждого вида.
«Что интересно видеть, так это то, как мы можем взглянуть на вариацию ASIP на глаз и довольно уверенно сказать, как должна выглядеть птица, от которой она произошла», — объяснил доктор Бурри в электронном письме.
«[I]Впечатляет тот масштаб, в котором этот вариант ASIP был рекомбинирован в гибридных зонах. Мы рассматриваем даже не 50 000 пар оснований ДНК, которые очень тесно связаны», — объяснил доктор Бурри в электронном письме. «Некоторые варианты, кодирующие окраску мантии, находятся на расстоянии всего лишь десятков пар оснований, но рекомбинация сумела перетасовать эту вариацию».
Доктор Бурри отметил, что такое огромное генетическое разнообразие является эволюционным преимуществом для видов, поскольку они адаптируются к стремительному изменению климата.
«Виды с широким спектром генетического состава имеют больше шансов адаптироваться к быстро меняющейся среде», — заключил доктор Бурри.
Источник:
Дэйв Лютген, Валентина Пеона, Мэдлин А. Чейз, Нилуфар Алаи Кахки, Фритьоф Ламмерс, Стейси Дж. де Соуза, Анн-Лиз Дюкрест, Марта Бурри, Павлос Андриопулос, Сифизо М. Лукеле, Микаэлла Мойси, Элизабет Йоханнес, Абдин Аббасов, Тамер Албайрак, Мансур Алиабадян, Николя Окли, Василиос Бонцорлос, Юлиос Христофору, Хосе Луис Копете, Эджидио Фулько, Хесус Т. Гарсия, Зураб Джавахишвили, Анна Казазу, Фумин Лей, Ян Лю, Ника Папошвили, Роберт Пэтчетт, Арон Петер, Рафаэль Риттер, Аттила Д. Шандор, Фабиан Шнайдер, Петар Шурулинков, Сергей Скляренко, Борут Штумбергер, Абульфаз Тагиев, Алессия Убольди, Никитас Вогиацис, Фанни Таборсак-Лайнс, Джоэл Грузелиус, Лицюнь Яо, Катрин Л. Пейхель, Александр Су, Пьер-Александр Ганьер, Александр Н.Г. Киршель, Мануэль Швейцер, Хольгер Шильцет и Рето Бурри. (2025). Мозаика модульных вариаций одного гена лежит в основе конвергентной окраски оперения., Наука 390(6770) | дои:10.1126/science.ado8005
Социальные сети: Блюскай | Контрсоциальный | LinkedIn | Мастодонт Наука | Спорный | Подстек | Темы | Твиттер
#Перетасовка #существующих #генов #может #быстро #создать #новые #виды
Продолжение темы
