Бабочки-шашечницы смогли сохранить генетическое разнообразие и выжить, изредка скрещиваясь с очень дальними родственниками
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Зоологического института РАН выяснили, что бабочки видов Melitaea didyma и M. acentria, разделившихся не менее пяти миллионов лет назад (почти столько же разделяет человека и шимпанзе), иногда скрещиваются между собой. Такая периодическая межвидовая гибридизация позволяет малочисленным ацентриям сохранять генетическое разнообразие, а значит — повышать свои шансы на выживание. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Ecology.
Традиционно считалось, что образование гибридов — организмов, получающихся в результате скрещивания представителей разных видов, — в живой природе без участия человека встречается нечасто. Обычно гибриды образуются в результате скрещивания близкородственных видов. Например, в некоторых популяциях дафний возникают гибриды, которые заметно затрудняют определение границ между разными видами. Однако эволюция знает примеры, когда естественная гибридизация проходила и между весьма дальними родственниками: например, между Homo sapiens и неандертальцами, общий предок которых жил около 800 тысяч лет назад.
Исследователям из СПбГУ и Зоологического института РАН удалось обнаружить гибридизацию ещё более далеких друг от друга видов: бабочек-шашечниц M. didyma (дидима) и M. acentria (ацентрия), обитающих на склонах популярного горнолыжного курорта Хермон в северном Израиле. Их общий предок жил не менее пяти миллионов лет назад — примерно так же далеко друг от друга на филогенетическом дереве находятся современный человек и шимпанзе (шесть миллионов лет). Чтобы получить этот результат, учёные провели полногеномное секвенирование и анализ 27 геномов бабочек-шашечниц трёх видов.
Оказалось, что некоторые особи малочисленных ацентрий периодически скрещиваются с более распространенными дидимами, что обеспечивает для ацентрий приток новых генов. В целом одна из причин вымирания видов заключается именно в потере генетического разнообразия. Поэтому то, что за счёт гибридизации с дальним родственником бабочки-ацентрии «подпитываются» генетическим материалом, может быть для ацентрий фактором выживания и дальнейшей эволюции. Причём, отмечают исследователи, межвидовая гибридизация не является в данном случае тотальной — с другим видом скрещиваются только отдельные особи, но этого вполне хватает для возникновения устойчивого потока генов. Учёным даже удалось поймать одну бабочку, которая оказалась межвидовым гибридом.
«Изучая строение ацентрии, мы заметили у неё черты сходства с дидимой, что было неожиданно, ведь эти два вида не являются близкими родственниками. В основном, подобные «совпадения» являются следствием адаптации к схожим условиям среды, но иногда они появляются в результате межвидовой гибридизации. Мы провели анализ полных геномов, который показал однонаправленный поток генов — от дидимы к ацентрии», — рассказала первый автор статьи, аспирантка СПбГУ Елена Паженкова.
Обычно результатом гибридизации, рассказывает профессор СПбГУ, главный научный сотрудник Зоологического института РАН Владимир Лухтанов, становится или появление стерильного потомства, то есть тупик эволюции, или объединение видов в один. Поэтому до недавнего времени считалось, что подобный сценарий «обогащения» вида новым генетическим материалом в принципе невозможен. Однако в последние годы появляется всё больше работ, которые заставляют учёных иначе взглянуть на процессы эволюции живых существ.
«Такое ощущение, что мы находимся на этапе смены научной парадигмы. Биологи долгое время были убеждены, что эволюцию живых существ можно представить в виде ветвящегося дерева. Возможно, эта метафора не вполне верна и скоро будет отброшена, — говорит Владимир Лухтанов. — Межвидовая гибридизация приводит к тому, что эволюцию более правильно представлять в виде сети жизни, в которой возникающие новые веточки горизонтально связаны друг с другом за счёт обмена генами. Кроме того, тот факт, что мы выявили малоизученный природный механизм, позволяющий поддерживать генетическое разнообразие, может иметь значение для разработки общей стратегии сохранения самых разных видов живых организмов».