«Геномные островки» разделили африканских цихлид на расы

Группа британских генетиков проследила эволюционную историю цихлид, живущих в крохотном изолированном озере Массоко в Танзании. Несмотря на то, что в прошлом эти рыбы были гомогенным единым видом (и являются им до сих пор), им удалось сформировать две относительно изолированные расы без какой-либо географической изоляции. Исследование опубликовано в журнале Science.

Озеро Массоко представляет собой небольшой, почти круглый водоем диаметром в 700 и глубиной в 20-30 метров. Судя по геологическим данным, оно образовалось около 50 тысяч лет назад. Массоко — одно из множества мелких озер, расположенных в гористой местности к северу от существенно более крупного и известного озера Малави. Последнее часто называют «прудом Дарвина», так как разнообразие рыб в этом озере является ярким примером симпатрического видообразования — формирования видов внутри одного неразделенного ареала.

Долгое время реальность такого типа видообразования находилась у эволюционных биологов под вопросом. Дело в том, что в условиях генетического обмена в едином ареале не вполне ясно, с помощью какого механизма вид может разделится: достаточно ли для этого полового отбора и различий в предпочтительном питании. Работы, проведенные в последниее десятилетие (на воронах, палочниках и, конечно, цихлидах из озера Малави) говорят о том, что симпатрическое видообразование действительно существует. Однако его механизм продолжает изучаться.

В новой работе биологи использовали для исследования этого процесса озеро Массоко как существенно более простую систему чем крупное и, возможно, пересыхавшее (то есть не «чисто симпатрическое») озеро Малави.

В Массоко обитает две расы цихлид, относящихся к одному виду Astatotilapia calliptera: более светло окрашенная (желтая) прибрежная раса и более темноокрашенная (синяя) глубоководная раса. Рыбы двух этих разновидностей отличаются и по строению тела, и по своей диете (об этом говорит изотопный анализ). Отсеквенировав нескольких десятков представителей разных рас цихлид Массоко и их родственников из других водоемов, ученым удалось получить «снимок» эволюции этих рыб на протяжении нескольких десятков тысяч лет.

Анализ подтвердил, что обе расы относятся к одному и тому же виду. Между ними продолжается генетический обмен и все отличия в частоте тех или иных генетических особенностей у рас — количественные, а не качественные. Ученым не удалось найти ни одной мутации (точнее полиморфизма, SNP), которая бы встречалась только у представителей одной из рас. Анализ также показал, что глубоководная (синяя) форма является дочерней относительно прибрежной (желтой): она сформировалась в результате отделения некоей небольшой группы животных, которые «ушли на дно», в результате чего изменился и их внешний облик, и их диетические предпочтения.

Британские ученые провели не только генетический, но и поведенческий тест. Одним из драйверов симпатрического видообразования считается разница в половых предпочтениях, которую обычно демонстрируют самки. Условно говоря, если самкам нравятся разные типы самцов, то в конце концов это приводит к разделению вида. Ученые показали, что в случае цихлид из Массоко этого механизма самого по себе не достаточно для объяснения существания двух разных рас. В лабораторном эксперименте ученые обнаружили, что самки желтых цихлид действительно предпочитают самцов своей расы, но вот для синих самок расовая принадлежность самцов безразлична.

Всего генетические различия между расами затронули около одного процента генома рыб. Ключевым результатом работы стало то, что эти различия оказались не равномерно «размазаны» по геному, а группировались в довольно компактные кластеры. Введя определенный порог, ученые выделили 98 таких «островков видообразования» в геноме цихлид из Массоко.

Существование таких кластеров вполне объяснимо: за счет эффекта сцепления при рекомбинации генам проще формировать «группы влияния» когда они физически близко расположены на хромосоме, а не разбросаны по всему геному. Судя по всему, именно эти кластеры, «группы влияния» или «островки видообразования» обеспечивают накопление различий между расами в условиях симпатрического видообразования — когда жестких границ для генетического обмена не существует. Более подробный разбор этой работы можно прочитать здесь.

Александр Ершов