Исследование проливает новый свет на фундаментальный вопрос эволюционной биологии.
Как может вид разделиться на несколько новых видов, если они все еще живут близко друг к другу и способны скрещиваться? Используя группу карибских рифовых рыб в качестве модельной системы, команда ученых обнаружила, что естественный отбор может сочетать эволюцию генов зрения и цветового рисунка.
Для эволюции нового вида необходимы две вещи: характеристика, такая как цвет, уникальная для одного вида и предпочтение спаривания для этой характеристики. Например, самки из видов голубой рыбы предпочитают синих партнеров, самки видов красной рыбы предпочитают красных. Если два вида скрещиваются, процесс сексуальной рекомбинации, как ожидается, разрушит связь между предпочтениями цвета и спаривания и образуют красные особи с предпочтением синих спариваний 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 спаривания, силы естественного отбора, действующего на эти гены, и количества скрещиваний между видами.
В новом исследовании Центр океанических исследований ГЕОМАРА Гельмгольца в Германии совместно с коллегами из Смитсоновского института тропических исследований в Панаме обнаружил, что естественный отбор может сочетать эволюцию генов для цветового рисунка и предпочтений спаривания, когда виды все еще скрещиваются.
Чтобы решить этот вопрос, первая задача заключалась в том, чтобы определить группу животных, в которой виды еще молоды и скрещены с четкими видовыми характеристиками и в которой хорошо понятны основы репродуктивной изоляции.
Именно такую группу составляют гамлеты - группа тесно связанных рифовых рыб из большого Карибского бассейна. Гамлеты чрезвычайно близки генетически, существенно различаются по цветовому рисунку и репродуктивно изолированы благодаря сильным визуальным предпочтениям.
Вторая трудность заключается в выявлении генов, лежащих в основе видовых различий и предпочтений спаривания. Авторы нового исследования собрали эталонный геном для гамлетов и секвенировали целые геномы 110 особей из трех видов в Панаме, Белизе и Гондурасе.
Этот мощный набор данных позволил ученым идентифицировать четыре узкие области генома, которые сильно и последовательно дифференцируются между видами на фоне почти отсутствия генетической дифференциации в остальной части генома.
Данные показывают, что гены зрения и цветового рисунка остаются связанными, несмотря на то, что они расположены на трех разных хромосомах и что виды все еще скрещиваются. Фиксируя самые ранние стадии видообразования, команда показывает, как отбор может способствовать созданию новых видов.
Многие близкородственные коралловые рифы мало чем отличаются друг от друга, кроме цвета и рисунка. Как считают ученые, открытия, сделанные ими, будут применимы и к другим формам жизни и, в конечном счете, могут объяснить удивительное разнообразие рыб на коралловых рифах по всему миру.
