Дослідження показало, як нові види еволюціонують без географічних бар'єрів

 Дослідники з IIT Bombay виявили роль екологічних ресурсів, генів і спарювання видів у розвитку нових видів на тій же території, кидаючи виклик традиційній точці зору, згідно з якою нові види можуть розвиватися тільки в різних географічних регіонах.

Пташині дзьоби еволюціонували по-різному залежно від того, чим вони харчуються. | Фото: Л. Шьямал

Нове дослідження, проведене вченими з Індійського технологічного інституту Бомбея (IIT Bombay), Мумбаї, опубліковане в thehindu, пролило світло на процес видоутворення, тобто утворення нових видів, за відсутності географічних бар'єрів. Традиційно вважається, що видоутворення значною мірою відбувається, коли популяції виду ізольовані одна від одної географічними бар'єрами, такими як гори або водойми. Це називається алопатричним видоутворенням. Однак нове дослідження IIT Bombay припускає, що видоутворення може відбуватися навіть тоді, коли популяції живуть на одній території без географічних бар'єрів. Такий спосіб видоутворення називається симпатричним видоутворенням.

Професор Супріт Сайні з кафедри хімічної інженерії та науковий співробітник DBT/Wellcome Trust (Індійський альянс) в IIT Bombay та провідний дослідник цього дослідження сказав: «Хоча існують екологічні докази на користь симпатричної гіпотези, немає жодних експериментальних доказів. А без лабораторної моделі для вивчення симпатричного видоутворення стає важко зрозуміти його як процес. Мотивація нашої роботи полягає в тому, щоб зрозуміти, як навколишнє середовище та генетика, що лежить в її основі, можуть призвести до симпатричного видоутворення, і розробити біологічно проникливі експерименти».

Дослідники використовували генетичну модель, щоб дослідити фактори, які сприяють видоутворенню, коли популяції живуть в одній географічній зоні. Це теоретичне дослідження було зосереджено на популяції птахів з використанням змодельованих даних і конкретно розглядало, як три аспекти, які заохочують видоутворення, а саме: руйнівний відбір, статевий відбір і генетична архітектура, відіграють роль у стимулюванні та підтримці симпатричного видоутворення.

Руйнівне видоутворення

«У симпатричному видоутворенні «розрив» у популяції може бути створений через неоднорідні ресурси, присутні в навколишньому середовищі, і географія тут не відіграє жодної ролі. Це називається екологічним руйнівним відбором», – пояснила співавтор Павітра Венкатараман, аспірантка та наукова співробітниця прем'єр-міністра в IIT Bombay. Іншими словами, руйнівний відбір - це процес, за допомогою якого особини з екстремальними ознаками мають вищу пристосованість, ніж особи з проміжними ознаками.

Пані Венкатараман додала: «Руйнівний відбір необхідний для того, щоб видоутворення відбувалося в симпатії, оскільки він сприяє спадковим відмінностям у популяції та гарантує, що потомство, отримане в результаті спарювання особин, що належать до двох різних груп, не виживе. Ці два фактори є надзвичайно важливими для збереження біорізноманіття в симпатрії».

У цьому дослідженні вчені зосередилися на фізичній особливості птахів - розмірі дзьоба. Птахи в популяції повинні були адаптувати розмір свого дзьоба, щоб найкращим чином використовувати два типи харчових ресурсів, такі як горіхи та квітковий нектар. Птахи з маленькими дзьобами будуть краще використовувати ресурсні горіхи, тоді як ті, у кого довший дзьоб, будуть ефективніше використовувати квітковий нектар як свій ресурс.

Роль статевого відбору

Статевий відбір, з іншого боку, є різновидом природного відбору, керованого конкуренцією за партнерів. Це може призвести до еволюції складних рис, привабливих для потенційних партнерів. У цьому дослідженні вчені розглянули, як спарювальні переваги самки, засновані на інтенсивності ознаки самця (унікальний характер), можуть відігравати роль у видоутворенні.

«Статевий добір вважався одним з головних, а часто і єдиним, рушієм симпатричного видоутворення. По суті, вважалося, що деякі члени популяцій можуть розвинути «упередження» до такої ознаки, як колір пір'я, і різниця в цьому упередженні може призвести до симпатричного видоутворення. Для прикладу розглянемо популяцію птахів, де є два типи пір'я – синє і червоне. Якщо серед синіх птахів еволюціонує упередження, щоб спаровуватися лише з собі подібними, відбудеться симпатричне видоутворення, тому що червоні птахи не змішують свої гени з синіми», — пояснила пані Венкатараман.

Іншими словами, це може призвести до появи популяцій з чіткими синіми та червоними рисами.

«Недолік цієї гіпотези полягає в тому, що немає жодних підстав для розвитку такого упередження, якщо немає користі для фітнесу. Іншими словами, чому синій птах спаровується тільки з блакитним, зменшуючи його пул партнерів – незрозуміло», – сказала пані Венкатараман.

Потім дослідники включили здатність птаха використовувати ресурси навколишнього середовища у свою модель. Дивно, але дослідники виявили, що статевий відбір на основі особливих ознак не сприяв видоутворенню в симпатрії. Замість цього вони виявили, що перевага партнерів на основі відповідної ознаки, яка допомагає краще використовувати ресурси навколишнього середовища (в даному випадку, розміру дзьоба), була рушійною силою видоутворення. Дослідження також визнає можливість нижчої пристосованості потомства через статевий відбір.

Ключову роль відіграє генетична архітектура

Крім того, дослідники виявили, що генетична архітектура, або те, як гени контролюють ознаку під час відбору, була вирішальним фактором у визначенні ймовірності симпатричного видоутворення. Якби генетична архітектура дозволяла змінювати розмір дзьоба, то новий вид міг би розвинутися навіть при слабкій ролі руйнівного відбору.

Щодо обмежень дослідження, професор Сайні сказав: «У нашій моделі ми припускаємо, що птахи з двох груп спаровуються без будь-яких упереджень, і що це упередження не змінюється з часом. Це може бути неправдою в природних популяціях, де, як очікується, еволюціонує упередження, засноване на розмірі дзьоба. Птахи двох груп також можуть еволюціонувати з чіткими маркерами, які допомагають їм відрізняти свій «рід» від іншого».

Тим не менш, це дослідження дає цінну інформацію про умови та механізми, які можуть призвести до симпатричного видоутворення. Це кидає виклик традиційній точці зору, згідно з якою видоутворення може відбуватися лише в географічній ізоляції, і підкреслює важливість генетичної архітектури та екологічного відбору у сприянні формуванню нових видів, сказав пан Сайні.

«Значна частина наших дослідницьких зусиль полягає в тому, щоб взяти уроки з теорії та розробити експерименти для розуміння того, як розвиваються репродуктивні бар'єри між членами популяції в симпатрії. Для цього ми працюємо з дріжджами, щоб продемонструвати та створити лабораторну модель для вивчення видоутворення в симпатрії», – додав пан Сайні, вказуючи подальший шлях.

Розгадуючи таємниці видоутворення, вчені отримують більш глибоке розуміння неймовірного різноманіття життя на нашій планеті і процесів, які його породжують. Продемонструвавши, як може відбуватися симпатричне видоутворення, навіть при відносно низькому рівні руйнівного відбору, дослідники забезпечили основу для майбутніх експериментальних досліджень біорізноманіття. Ці знання можуть відкрити нові шляхи для досліджень і допомогти вченим краще зрозуміти механізми, що лежать в основі біорізноманіття на Землі. З огляду на неминучу загрозу зміни клімату, можливо, це також може пролити світло на вплив зміни клімату на біорізноманіття в цілому, сказав пан Сайні.