Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


М. Москалева
Студенты МГУ против лженауки


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан


Д. Никифоров и др.
ЭКО: длинная история короткой встречи


А. Никонов
Небывалое бедствие в селе Кашкаранцы


Л. Сасскинд, Дж. Грабовски
«Теоретический минимум». Глава из книги


А. Сергеев, А. Благодатский
Насекомые и бионика: загадки зрительного аппарата







Главная / Новости науки версия для печати

Генетические различия между серой и черной вороной записаны на «островках видообразования»


Серая и черная вороны на иллюстрации английского художника Арчибальда Торнбурна

Серая и черная вороны на иллюстрации английского художника Арчибальда Торнбурна. Разница в экспрессии генов у этих двух видов составляет всего 0,03–0,41%, но тем не менее виды превосходно различаются. Избражение с сайта портал1.рф

Международная группа ученых разрешила наконец загадку видообразования у серых и черных ворон. У этих двух видов не было известно видоспецифичных генов, не было экологической дифференцировки, они легко скрещивались между собой. При этом они четко различались по окраске и поведению. Оказалось, что практически все генетические различия сконцентрированы на небольшом участке одной из хромосом. Эта часть хромосомы в свое время подверглась инверсии, поэтому при скрещивании она не рекомбинирует с гомологичными участками близкородственных видов. На инвертированном участке собраны гены окраски оперения туловища, гены зрительного восприятия и гены гормональной регуляции поведения — этого оказалось достаточно для формирования и поддержания видовой индивидуальности.

Образование двух видов ворон — серой (Corvus cornix) и черной (Corvus corone) — издавна является предметом оживленных дискуссий. Эти виды прекрасно различаются по оперению, их ареалы разобщены, но при этом скрещивание в гибридных зонах происходит постоянно.

Ареалы серой и черной ворон
Ареалы серой (слева) и черной (справа) ворон. Карты с сайта ru.wikipedia.org

Можно было бы предположить обычный в таких случаях сценарий: в ледниковое время в изолированных рефугиумах Евразии за счет генетического дрейфа и приспособлений к местным условиям накопились генетические различия и сформировались два разных вида. Затем в постледниковое время ареалы соединились, и в гибридных зонах особи этих видов начали скрещиваться. Процессу полного слияния двух видов мешала репродуктивная изоляция в том или ином виде и видовые брачные предпочтения, когда партнеры стараются выбрать себе подобных, а не экзотических чужаков. Для подтверждения этого сценария исследователю нужно выявить известную долю генетических различий — это главное; также желательно показать пониженную выживаемость гибридов и ассортативность скрещивания. Но в случае с серой и черной воронами этот сценарий не подтверждается: генетические различия между видами стремятся к нулю, гибридное потомство вполне жизнеспособно (хотя его приспособленность всё же немного понижена) — правда, при этом доказана ассортативность при подборе родительских пар. Это означает, что за время изолированного существования генетические различия так и не появились или их ничтожное число.

Тогда что же позволяет при активно идущем скрещивании удерживать обособленность этих видов, их морфологическую дискретность, их видовое своеобразие? Вопрос кажется частным (всего лишь два вида самых обычных ворон!), но в действительности ставит в тупик эволюционистов. Ведь для видообразования необходима хоть какая-то доля видоспецифичных генов, хоть какой-то барьер — географический, экологический, репродуктивный (пре- или постзиготический; последний включает все случаи несовместимости генов). В случае с воронами нет ничего из этого!

Гибриды серой и черной ворон

Гибриды серой и черной ворон (идеализированные прорисовки): бывают черные формы с «серым воротником» разных конфигураций и размеров, а также серые с черными пестринами на серой спинке, которые варьируют по плотности серого оттенка. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Орнитологи и молекулярные биологи из Уппсальского (Швеция), Стокгольмского (Швеция), Констанцского (Германия) и Вальядолидского (Испания) университетов и Института орнитологии общества Макса Планка (Германия) с блеском ответили на этот вопрос. Для этого им пришлось отсеквенировать с высокой точностью полный геном серой вороны и откорректировать геномы еще 60 особей (по 15 из разных популяций: черная ворона из Испании и Германии, серая ворона из Швеции и Польши). А потом аккуратно сравнить эти геномы. В результате им удалось выделить участок, на котором собрались почти все зафиксированные нуклеотидные замены.

Этот участок длиной 1,95 млн пар оснований располагается на 18-й хромосоме и вмещает 81 сайт с фиксированными заменами (из выявленных 82) примерно в 40 генах. Уровень полиморфизма на этом участке минимален. Все остальные участки генома у четырех изученных популяций единообразны по набору своих полиморфизмов и обнаруживают признаки перемешивания (интрогрессии) генов.

Филогенетические деревья, построенные для 60 ворон

Филогенетические деревья, построенные для 60 особей серых (серые кружочки) и черных (черные кружочки) ворон из четырех популяций. Основой для построения были не отдельные нуклеотидные замены, а неперекрывающиеся отрезки генома по 50 тыс. пар оснований (это порядка 1–3 вороньих генов). В класс 1, в котором популяции серых и черных ворон разошлись по разным ветвям, попало всего 0,28% от всей выборки, то есть от всех «окошек» в 50 тыс. пар оснований. И это те самые отрезки, которые находятся на инвертированной части 18-й хромосомы. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Получается, что геномы двух видов — это как бы единая территория с двумя анклавами, границы которых строго охраняются; значительная доля видовой специфики помещается внутри этих анклавов. Ученые назвали их «островками видообразования» (speciation islands). Это название ассоциируется с географическими изолятами. Хотя данная аналогия может показаться словесно надуманной, но всё же и генетические, и географические анклавы становятся причиной обособления видов, формируя в конечном итоге генетическую разницу.

Что это за островки? Удалось выяснить, что это инвертированный отрезок хромосомы. Из-за инверсии он не подвергается рекомбинации, и все гены, собранные на нем, наследуются вместе. Низкий уровень полиморфизма свидетельствует о том, что в этом месте работает очищающий отбор, а также имеет место сцепленное с важными признаками наследование.

И так уж случилось, что набор генов на инвертированном отрезке включает регуляторы окраски перьев на туловище ворон. Туда же входят и гены, регулирующие зрительное восприятие, а также сигнальные каскады дофамина и опиоидов в мозге, которые вовлечены в контроль социального поведения у ворон. Складывается замечательная ситуация: два вида ворон скрещиваются, гены их перемешиваются, но одна часть, совсем небольшая — меньше одного процента, остается неделимой. И в этой части хранится видовое наследие — окраска оперения, способность разглядеть и выбрать себе подобного, поддерживать особые, характерные для вида, иерархические отношения внутри коллектива (стаи). Нужно заметить, что окраску оперения формируют не только гены инвертированного участка, но и некоторые другие, поэтому гибриды могут иметь и промежуточную окраску.

Таким образом, всего одна хромосомная инверсия способна обеспечить появление нового вида (о роли инверсий в видообразовании см. Хромосомные инверсии ускоряют симпатрическое видообразование, «Элементы», 07.10.2010). Для этого не потребовалось приспосабливаться к новым, измененным условиям, не потребовалось никаких экологических нюансов, никаких внешних барьеров. Потребовалась генетическая случайность, которая, тем не менее, привела к обособлению маленького участка хромосомы. На этом островке видообразования быстро накопились различия, и сформировался отдельный вид. Оказалось важно, что на островок попали гены, регулирующие и фенотипические различия, и их восприятие, и поведенческие реакции ворон. Два последних фактора обуславливают ассортативность скрещивания.

Источник: J. W. Poelstra et al. The genomic landscape underlying phenotypic integrity in the face of gene flow in crows // Science. 2014. V. 344. P. 1410–1414.

Елена Наймарк


Комментарии (34)



Последние новости: ЭволюцияГенетикаОрнитологияЕлена Наймарк

26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
13.05
Удалось проследить зарождение и развитие меланомы от первой раковой клетки
12.05
Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного
10.05
ГМО будут совершенствоваться при помощи искусственной эволюции
3.05
Создан семантический атлас человеческого мозга
28.04
Малыши гигантских динозавров росли очень быстро
25.04
Расшифрованы генетические основы быстрых эволюционных изменений размера клюва у дарвиновых вьюрков
20.04
Расшифровка древней ДНК рассказала о происхождении южноамериканских индейцев


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия