Амазонская бабочка – результат древнего гибридного явления
Когда спариваются отдельные виды, это часто оказывается эволюционным тупиком. Даже если размножение окажется успешным, оно может привести к бесплодию потомства, например, мулов, или к постепенному слиянию двух видов в один по мере их скрещивания на протяжении поколений.
Вид амазонских бабочек представляет собой редкий третий сценарий. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи сообщают, что Heliconius elevatus — красно-черно-желтая бабочка, обитающая по всей Амазонке — является генетически уникальным, репродуктивно здоровым насекомым, возникшим в результате древнего спаривания двух других, все еще существующих видов бабочек. Эта работа способствует растущему мнению среди биологов-эволюционистов о том, что гибридизация может иногда увеличивать, а не уменьшать разнообразие видов в экосистеме.
H. elevatus выглядит почти идентично другой соседней бабочке, H. melpomene, но гораздо более тесно связан с третьим видом, H. pardalinus, у которого вообще другой рисунок крыльев. Основываясь на определенном генетическом сходстве между двумя видами, исследователи предположили, что H. elevatus мог получить некоторые из своих генов в результате скрещивания своих предков H. pardalinus и H. melpomene. Но было ли это скрещивание решающим для того, чтобы H. elevatus отделился от H. pardalinus и стал отдельным видом, оставалось загадкой.
В поисках ответов Нил Россер, биолог-эволюционист из Гарвардского университета, и его коллеги изучили более 1000 экземпляров трех видов в вольерах насекомых в Перу и Англии. Команда вручную собрала 92 особи на Амазонке. «Вы ловите их сетью, как в мультфильме, где какой-то эксцентричный парень-энтомолог бегает по лесу — сумасшедший гринго», — говорит Россер.
В период с 2009 по 2018 год исследователи скрестили бабочек и зафиксировали, как у полученного потомства изменились такие характеристики, как форма крыльев и химический состав половых феромонов. Ученые также секвенировали геномы каждого из трех видов и отслеживали генетические изменения в их потомстве, что позволило им идентифицировать фрагменты ДНК, соответствующие различным чертам и поведению.
Выращивание бабочек было менее идиллическим, чем кажется, особенно в перуанских джунглях, на территории, ранее занятой торговцами наркотиками. «Вам приходится иметь дело с детьми, забирающимися в ваши клетки с бабочками, с деревьями, падающими на ваших бабочек, с тарантулами, пожирающими ваших бабочек», — вспоминает Россер. «Я потратил 10 лет и много крови, пота и слез».
В конце концов, оно того стоило. Команда обнаружила, что H. elevatus разделяет 99% своего генома с полосатым H. pardalinus и лишь жалкий 1% с H. melpomene. Тем не менее, именно этот крошечный процент предков H. melpomene наделяет H. elevatus различными чертами, включая рисунок крыльев и особые половые феромоны.
Основываясь на том, сколько времени потребовалось бы, чтобы генетика H. elevatus и H. pardalinus разошлась, команда подсчитала, что первоначальная гибридизация между H. pardalinus и H. melpomene произошла около 180 000 лет назад.
Важно отметить, что 1% генов, происходящих от H. melpomene, контролируют признаки, которые помогают H. elevatus сохранять генетическую индивидуальность и по сей день. Некоторые из них, например, состав феромонов, напрямую влияют на предпочтение насекомыми партнеров, обеспечивая спаривание H. elevatus в основном с представителями своего собственного вида и лишь изредка с родительскими видами.
Другие характеристики, такие как рисунок крыльев, связаны с выживанием: в то время как хищники избегают предупреждающих цветов как H. elevatus, так и H. pardalinus, промежуточный рисунок редкого потомства H. elevatus – H. pardalinus не удерживает птиц от сожрав это. Это, в свою очередь, снижает вероятность того, что два вида снова смешаются вместе в долгосрочной перспективе.
Короче говоря, гибридизация с H. melpomene вышла за рамки простого создания популяции H. pardalinus с разным цветом крыльев — она помогла создать совершенно новую, отдельную линию, говорят авторы.
«То, что у вас есть, — это небольшой вклад мельпомена в то, что по сути представляет собой геном пардалина», — говорит Джиггинс, — «но эти кусочки достаточно различны, чтобы создать новую сущность».
По словам Зака Гомперта, эволюционного генетика из Университета штата Юта, который не участвовал в работе, поскольку виды перемещаются, чтобы адаптироваться к человеческой деятельности и изменению климата, в будущем все больше из них могут гибридизироваться. Лучшее понимание этого явления поможет ученым и защитникам природы понять, как эти смеси могут повлиять на биоразнообразие, говорит он. С одной стороны, существующие виды могут исчезнуть, если два ранее различных вида сольются в один. «Но другой результат заключается в том, что в конечном итоге вы создадите новое биоразнообразие», — говорит он, — «как это произошло с бабочками».
Россер добавляет, что полученные результаты позволяют взглянуть на запутанные пути эволюции с нюансов. «Древо жизни – это вовсе не дерево», – говорит он. «Это сеть, в которой ветви раздваиваются, но также снова сливаются вместе, создавая новые виды».