Международная группа исследователей обнаружила особый генетический механизм — «суперген», — который помогает объяснить, как новые виды появляются и развиваются с поразительной скоростью.
Изучая ДНК более 1300 цихлид из озера Малави в Восточной Африке, ученые обнаружили, что крупные «перевернутые» сегменты ДНК, известные как хромосомные инверсии, являются эволюционными ускорителями. Они позволяют этим рыбам быстро адаптироваться к новым условиям и разделяться на сотни различных видов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
Как появилось такое богатое разнообразие жизни на Земле — вопрос, который долгое время озадачивал биологов. Этот процесс особенно очевиден в водах озера Малави, где цихлиды эволюционировали от одного предкового вида до более чем 800 видов всего за несколько миллионов лет — мгновение ока по сравнению с эволюционным расхождением между людьми и шимпанзе. Эти рыбы демонстрируют поразительное разнообразие форм и поведения: некоторые из них — крупные хищники, другие питаются водорослями, а третьи просеивают песок или ловят планктон. Каждый вид занимает свою собственную экологическую нишу в одном и том же озере.
Новое исследование ученых из Кембриджского и Антверпенского университетов показало, что секрет такой быстрой эволюции кроется в структуре генома цихлид. Исследование показало, что у некоторых видов большие участки ДНК на пяти разных хромосомах подверглись инверсиям. Это мутация, при которой участок ДНК поворачивается на 180 градусов.
На первый взгляд это кажется простым изменением, но оно имеет серьезные последствия для эволюции.
Обычно, когда животные размножаются, их ДНК рекомбинирует, смешивая генетический материал от обоих родителей. Однако при хромосомных инверсиях это смешивание блокируется.
Обратите внимание: NASA инвестирует в футуристический телескоп, который будет строить сам себя в космосе.
В результате комбинация генов в инверсии передается из поколения в поколение как единое целое. Это сохраняет кластеры генов (иногда называемые «супергенами»), которые работают вместе, поддерживая полезную приспособленность, не нарушаясь рекомбинацией.«Это как ящик с инструментами, в котором собраны все самые полезные вещи. Такое сочетание генов помогает рыбам адаптироваться к различным средам», — объясняет Мориц Блумер из Кембриджского университета, ведущий автор исследования.
Эти эпигены часто контролируют ключевые черты, такие как зрение, слух и поведение, которые необходимы для выживания в разнообразной среде озера Малави. Например, рыбам, живущим в глубокой воде с небольшим количеством света, требуются иные визуальные адаптации, чем рыбам, живущим у поверхности. Эпигены помогают поддерживать эти специализированные черты.
Исследование также показало, что хромосомные инверсии помогают видам сохранять свою уникальность, даже когда они живут вместе и иногда скрещиваются. Инверсии предотвращают чрезмерное генетическое смешивание, позволяя новым видам сохранять свои уникальные адаптации.
«Когда разные виды цихлид скрещиваются, между ними могут передаваться неповрежденные гены инверсии, что приводит к важным признакам выживания, таким как приспособляемость к определенным средам. Это ускоряет эволюцию», — сказал Блумер.
Распространение супергенов между видами, по-видимому, способствовало появлению более продвинутых рыб в ходе эволюции.
Еще одно интересное открытие заключается в том, что эти инверсии часто действуют как половые хромосомы, определяя, станет ли рыба в конечном итоге самцом или самкой. Поскольку половые хромосомы часто участвуют в формировании новых видов, это открытие дает новое понимание генетической основы видообразования.
Хотя исследование было сосредоточено на цихлидах, хромосомные инверсии встречаются и у других животных, включая людей. «Они все чаще признаются ключевым фактором эволюции и биоразнообразия», — сказал соавтор исследования профессор Ричард Дурбин из Кембриджского университета.
Работа ученых приближает науку к ответу на один из самых сложных вопросов биологии: как жизнь на Земле стала столь многочисленной и разнообразной.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.