Для видообразования не нужны барьеры

Озеро Апойо (Никарагуа). Фото с сайта ni.irias.biz

Описан бесспорный случай возникновения нового вида рыб в маленьком озере в Никарагуа. Открытие немецких ученых фактически поставило точку в давнем споре о возможности симпатрического видообразования — разделения одного исходного вида на два без помощи физико-географических барьеров.

Вопрос о механизмах образования новых видов — ключевая проблема эволюционной биологии. Механизмы эти остаются во многом загадочными. Хотя селекционеры и генные инженеры немало преуспели в выведении новых пород и сортов, вывести настоящий новый вид (удовлетворяющий всем критериям биологического вида), по сути дела, никому еще не удалось.

Теоретически возможны два сценария. Первый из них — аллопатрическое видообразование — общепризнан и хорошо документирован. Исходный вид разделяется на две части физическим барьером — проливом, горным хребтом и т. п.; в изолированных популяциях постепенно накапливаются генетические различия (случайные или неслучайные — в данном случае это не так уж важно), которые со временем становятся столь значительными, что делают невозможным скрещивание представителей двух разобщенных популяций, даже если разделявший их барьер исчезнет и они снова встретятся.

Второй сценарий — симпатрическое видообразование, или видообразование без физических барьеров, — всегда считался гораздо более спорным. Большую роль в дискредитации этой гипотезы сыграл выдающийся и чрезвычайно авторитетный эволюционист, один из классиков СТЭ (синтетической теории эволюции) Эрнст Майр.

Вообще-то ясно, что для появления каждого из многих миллионов видов обитающих на планете организмов физических барьеров просто не хватило бы — биосфера недостаточно сегрегирована для этого. Симпатрическое видообразование должно существовать, но было непонятно, каким образом оно может происходить. Предположим, что часть особей в популяции стала чем-то немного отличаться от остальных. Если эти особи не отделены от прочих физическим барьером, то любое отличие, казалось бы, должно очень быстро «размыться» в результате скрещиваний с неизменившимися сородичами, раствориться в общем генном потоке. Полезное отличие станет общим достоянием, вредное исчезнет. В любом случае, вид никогда не разделится на два, если у вышеупомянутых «немного отличающихся» особей не возникнет эндогамия, т. е. предпочтение себе подобных в качестве брачных партнеров.

Поскольку возможные механизмы появления такой эндогамии были совершенно неясны, то и вся идея симпатрического видообразования выглядела сомнительной. Нужны были факты. Нужно было найти виды, симпатрическое происхождение которых было бы строго доказуемо. А это оказалось не так-то просто. Было описано множество случаев вероятного симпатрического видообразования (в том числе у озерных рыб), но какая-то доля сомнения всегда оставалась.

В последнем номере Nature наконец-то описан случай видообразования, в симпатрическом характере которого трудно усомниться. Речь идет о двух видах рыб — цихлид, живущих в маленьком озере Апойо (Apoyo) в Никарагуа. Это круглое озеро диаметром 5 км и глубиной до 200 м представляет собой, по сути дела, залитый водой вулканический кратер. Озеро полностью изолировано от других водоемов и образовалось менее 23 тыс. лет назад.

В озере живет два вида цихлид: широко распространенный Amphilophus citrinellus и встречающийся только в этом озере A. zaliosus. Авторы исследования — Марта Барлуэнга и ее коллеги с кафедры зоологии и эволюционной биологии биологического факультета Университета г. Констанц (Германия) — поставили своей целью доказать, что A. zaliosus произошел от A. citrinellus симпатрическим путем.

Цихлиды A. citrinellus и A. zaliosus из озера Апойо (Никарагуа). Рис. из статьи в Nature

Первым делом ученые сравнили последовательности митохондриальной ДНК (мтДНК) у 120 рыб обоих видов из оз. Апойо и более 500 представителей A. citrinellus из других озер. Анализ показал, что все рыбы из Апойо, относящиеся к обоим видам, образуют монофилетическую ветвь (т. е. имеют единое происхождение), причем варианты мтДНК из оз. Апойо не встречаются в других озерах. Попросту говоря, это означает, что озеро было заселено единожды, повторных колонизаций и обмена генами с жителями других озер не было, и все живущие ныне в озере рыбы, вероятно, являются потомками одной самки, когда-то попавшей в озеро. И самка эта относилась к виду A. citrinellus.

Современная популяционная генетика располагает эффективными, хоть и сложными для понимания, методами реконструкции изменений численности изучаемых популяций в прошлом на основе распределения частот генетических вариаций и степени взаимного сходства/различия соответствующих нуклеотидных последовательностей. Применив эти методы, ученые пришли к выводу, что у цихлид оз. Апойо было два периода быстрого роста численности. Первый был связан с размножением предкового вида A. citrinellus (это произошло «две мутации назад», т. е. с тех пор прошло время, за которое в мтДНК в среднем фиксируется две мутации). Второй период роста численности связан с экспансией молодого вида A. zaliosus и продолжается поныне.

Анализ генетических маркеров, локализованных в ядерной ДНК, подтвердил результаты, основанные на мтДНК.

Статистический анализ всей совокупности данных по генетическому разнообразию цихлид из озера Апойо показал, что два вида полностью репродуктивно изолированы (не скрещиваются друг с другом). О том же свидетельствуют и проведенные ранее поведенческие эксперименты, показавшие, что эти рыбы безошибочно выбирают себе в качестве брачных партнеров представителей своего вида.

Наконец, о том, что A. citrinellus и A. zaliosus действительно представляют собой два разных вида, свидетельствует и классический анализ морфологии. Эти рыбы и внешне достаточно хорошо различаются (см. рис.).

Образ жизни у них тоже разный. A. citrinellus держится вблизи дна, более всеяден, не брезгует крупными водорослями (харовыми) и редко глотает насекомых; A. zaliosus плавает в толще воды, не ест водорослей, зато насекомых очень любит.

Озеро Апойо гомогенно по условиям обитания, в нем нет никаких физико-химических барьеров для цихлид, никаких полуизолированных заливов и т. п. Оба вида равномерно распространены по всему озеру, и особи, пойманные у противоположных берегов, статистически неразличимы.

Всё это вместе говорит о том, что мы имеем дело с бесспорным случаем симпатрического видообразования. В давнем споре «симпатристов» с ортодоксами от СТЭ поставлена жирная точка. Приятно, когда истина торжествует. Дело теперь за малым: объяснить механизм симпатрического видообразования (которое, судя по результатам ряда экспериментов и наблюдениям в природе, может иногда происходить чрезвычайно быстро). В ближайшие дни «Элементы» познакомят своих читателей с новой гипотезой, предложенной российскими учеными для объяснения этого явления (первая статья об этом скоро выходит в журнале «Успехи современной биологии»).

Источник: Marta Barluenga, Kai N. Stolting, Walter Salzburger, Moritz Muschick & Axel Meyer. Sympatric speciation in Nicaraguan crater lake cichlid fish // Nature. Vol. 439. 9 February 2006. doi:10.1038/nature04325.

См. также:
Симпатрическое видообразование.
Барбусы озера Тана (Эфиопия).

Александр Марков

Последние новости: Биология, Генетика, Александр Марков

10 февраля В «системе вознаграждения» найдены нейроны, возбуждающиеся от хороших предчувствий

3 февраля При выборе спутника жизни от генов зависит, чего мы хотим, но не что получаем

1 февраля Параллельная эволюция изучена в эксперименте на бактериях

31 января Больные муравьи становятся асоциальными

27 января Изменение ветров, дующих над Южным океаном, пошло на пользу альбатросам

24 января Половой отбор порождает иллюзии

18 января Новая методика позволяет изучать белки, тесно соседствующие с ДНК

17 января Стресс помогает справиться с вредными мутациями

16 января Обнаружено хищное растение, которое ловит почвенных нематод подземными листьями

15 января Параллельная эволюция касты «сверхсолдат» у муравьев получила объяснение

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):