Большие термиты заставили островных гекконов быстро увеличить голову
Бразильские зоологи описали пример быстрой параллельной эволюции, спровоцированной антропогенным изменением ландшафта. На пяти островах, образовавшихся в результате затопления территории, у гекконов непропорционально телу увеличилась голова. По мнению ученых, такое морфологическое приобретение случилось в результате увеличения среднего размера добычи гекконов — термитов. Изменение пропорций тела ящериц стало заметно менее чем за 20 лет. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Изменение природного ландшафта человеком часто приводит к изменению видового состава обитателей этой территории. Особенно это касается крупномасштабных воздействий, таких как вырубка лесов или затопление местности в результате строительства плотины. Следствием вмешательства может быть не только вымирание видов, но и быстрое образование новых.
Авторы новой работы стали свидетелями быстрой эволюции на островах, образованных в результате затопления территории при строительстве плотины в районе Серра да Меса в Центральной Бразилии. Затопление, случившееся в 1998 году, привело к тому, что вершины холмов превратились в изолированные острова. Сотрудники университета Бразилии и университета Калифорнии наблюдали за видовым составом ящериц в этой местности и проследили, что случилось с гекконами, принадлежащими к виду Gymnodactylus amarali.
Ученые выяснили, что на новообразованных островах вымерло несколько крупных видов ящериц, но остались небольшие G. amarali. Эти гекконы питаются термитами, размер которых может варьировать от трех до восьми миллиметров. Исчезновение больших конкурентов, которые съедали всех больших термитов, привело к тому, что размеры добычи, доступной для гекконов, увеличились. Чтобы успешно ловить больших термитов, маленьким гекконам пришлось увеличить голову.
Исследователи измеряли размеры тела и головы у гекконов на пяти новых островах и пяти соседних участках суши, избежавших затопления. Оказалось, что на всех пяти островах у гекконов непропорционально телу увеличилась голова. Средний прирост составил всего полмиллиметра, но длина головы у этих ящериц около сантиметра, а общая длина их тела — пять-шесть сантиметров. С учетом того, что с момента образования островов прошло меньше 20 лет, гекконы продемонстрировали очень быстрые темпы эволюции. На «большой земле» у гекконов изменения размеров тела не наблюдалось.
Изменение морфологии произошло параллельно на всех пяти островах. Случай с гекконами является примером параллельной эволюции, когда у разделившихся популяций в результате сходных условий среды происходят одинаковые изменения. В данном случае на всех островах произошло сходное изменение кормовой базы. В качестве другого известного примера можно привести эволюцию рыб-цихлид в африканских озерах, которые, несмотря на разделение, в результате одного и того же типа питания пришли к похожей морфологии.
В приведенной работе «жертвы» заставили эволюционировать «хищников». Недавно мы писали об обратной закономерности, когда хищные моллюски заставили эволюционировать своих жертв. Кроме того, мы рассказывали о том, как шмели ускорили эволюцию растений. Наконец, о другом примере скоростной эволюции у дьявольских карпозубиков можно прочитать здесь.
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».