Хромозомните инверсии ускоряват симпатричното видообразуване • Елена Наймарк • Научни новини за
Американски учени експериментално са доказали, че хромозомните инверсии допринасят за симпатичното видообразуване. Те потискат рекомбинацията на набор от гени с полезни мутации, така че инвертираните варианти получават предимство и се разпространяват бързо в подходящи местообитания. Материалът за доказателствата бяха популациите на пъстрата гъба, които, след като получиха инверсия, която улови гените за времето на цъфтежа, бяха разделени според местните климатични условия.
Симпатичното видообразуване е произходът на два или повече вида в една и съща област. Противоположно е на алопатричното видообразуване, при което за образуването на два нови вида е необходимо териториалното им разделяне със задължителното наличие на изолираща бариера. Изолиращата бариера е предназначена да предотврати кръстосването на несвързаните части от популацията, така че мутациите да могат да се натрупват и от двете страни. Именно те в крайна сметка ще определят генетичната видова специфика и некръстосването на видовете.
Дейвид Лоуъри и Джон Уилис от Медицинския център на университета Дюк (Дърам, САЩ) изследват генетичното и екологично разнообразие на цветя със забавното име „Мимулус гутатус“ (Mimulus guttatus). Това растение, първоначално от западните райони на Северна Америка, сега е разпространено в целия северноамерикански континент, пренесено както в Стария свят, така и в Нова Зеландия, където расте успешно. В Северна Америка има две форми на този вид гъба.
Една от формите е едногодишна, растяща на повече или по-малко сухи места. Цъфти в началото на пролетта. Вторият е представен от многогодишни растения, които са многобройни във влажни, сенчести крайбрежни ивици. Времето на цъфтеж се измества към летния сезон и ранопролетта е предназначена за натрупване на зелена маса. Тези два екотипа изглежда са разделени от времето на цъфтеж и това им пречи да се кръстосват, т.е. настъпва презиготична изолация (вижте репродуктивна изолация).
Многогодишно растение, трансплантирано (изкуствено или естествено разпространено) в сухо местообитание, неизбежно губи от едногодишните си роднини. Цъфтежът му се случва през най-сухия летен сезон, така че почти няма шанс да остави достатъчен брой жизнеспособни семена. Едногодишни растения във влажни местообитания, хвърлящи цялата си енергия в ранен цъфтеж, нямат време да отглеждат достатъчно зелена биомаса, така че късноцъфтящите роднини да не им оставят свободно място за растеж. Освен това в крайбрежните местообитания горният почвен слой, заедно с разсада и семената, се отмиват, така че се запазват само онези растения, които вече имат развита коренова система, а именно трайни насаждения.
По този начин ни е ясно, че едногодишната пролетноцъфтяща форма на гъбите е идеално адаптирана към сухи местообитания, а многогодишната късноцъфтяща форма към влажни крайбрежни. Как са се формирали тези различия, учените установили в хода на генетичен анализ, съчетан с експериментална ботаническа работа.
Изследователите имаха на разположение обширен материал, характеризиращ различни популации от едногодишни и многогодишни форми (виж картата). Представителите на двата екотипа, както се оказа, имат инверсии. Една от инверсиите включва гени, свързани с времето на цъфтеж и някои морфологични характеристики.
До каква степен тази инверсия определя адаптацията към различни местообитания? За да се отговори на този въпрос, беше предложен доста трудоемък, но осъществим експериментален път. За това серия от хибридизация иобратно кръстосване, бяха отгледани специални форми, които носят всички гени на едногодишни растения, но с инверсия на многогодишни растения. А също и обратната версия - с гените на трайни насаждения, но с инверсия на едногодишни. След това беше оценена адаптивността на тези хибриди при условия, оптимални за едногодишни растения (изчислени са броят и качеството на цветята, процентът на оцелелите растения и някои морфологични характеристики). Растенията с инверсия, подобно на многогодишните, цъфтят средно 6 дни по-късно, независимо от техния генотип. Разликата в годността е най-висока за многогодишния генотип. Тяхната "местна" инверсия намалява шансовете за оцеляване в сухи условия в сравнение с вмъкването на едногодишни с около 9 пъти. Така че е жизненоважно за един многогодишен екотип да има местна инверсия.
Учените подчертават, че инверсиите могат да играят изключително важна роля за симпатричното видообразуване. Те потискат рекомбинацията на инвертирани области на генома. Ако инверсията включва набор от гени, които са полезни за оцеляване при определени условия, тогава този набор ще остане повече или по-малко непокътнат. Той няма да се разпръсне из целия геном, смесвайки се с други вредни или безполезни алели. Така селекцията преференциално ще запази индивидите с тази изключително удобна инверсия, така че бързо да се разпространи в популацията.
За този конкретен пример с гъби е ясно, че инверсията е уловила област от генома с няколко гена, отговорни за времето на цъфтеж и други адаптивни характеристики. Освен това тази инверсия бързо се разпространи сред онези популации, където беше подходящо, изтласквайки по-малко щастливите алели. Успоредно с това други гени също се променят в различни популации. В тази връзка учените очакват да намерят повече от една полезна инверсия, която се е ускорилавидообразуване при гъбата. Според тях инверсиите са мощен генетичен инструмент, който ускорява видообразуването.