Виды в «серой зоне»: кто с кем смешивается

В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале PLOS Biology, французские генетики разбирались, насколько способность разных видов животных скрещиваться зависит от степени различий между их геномами.

Когда мы слышим о разных видах, то обычно представляем себе что-то вроде собаки и кошки. Спутать их сложно даже в темноте. Однако зоологи-систематики регулярно сталкиваются со сложными ситуациями: существует две популяции животных — вроде бы не совсем одинаковые, но различий не так много, чтобы однозначно сказать, это ещё один вид или уже два. Вероятно, некий вид недавно начал делиться. А это процесс постепенный. Учёные бесконечно спорят о видовом статусе некоторых животных и растений, взгляды специалистов по таким вопросам неоднократно менялись. Например, раньше всех горилл относили к одному виду, а теперь делят на два — западную гориллу и восточную, с двумя подвидами в каждом.

Проблем добавляет то, что некоторые виды внешне различаются сильно, а генетически — нет (допустим, белый и бурый медведи). У других видов — наоборот, строение почти одинаковое, а генетические различия — велики. Это так называемые «виды-двойники», которых описано немало среди насекомых или моллюсков. Например, европейского малярийного комара Anopheles maculipennis, когда-то считавшегося единым видом, учёные впоследствии разделили на 6 видов-двойников, из которых переносчиками малярии выступают только 2.

Как же может зарождаться новый вид? Допустим, популяция животных по каким-то причинам разделилась на две. Сначала популяции довольно легко обмениваются генами, но постепенно в их генофондах накапливаются различия, в результате которых гибриды, если и рождаются, оказываются менее жизнеспособными. В итоге рано или поздно генетические барьеры приводят к практически полной изоляции. И тут учёные уже могут сказать: «Вот разные виды!»

Детали этого процесса до конца не ясны. Насколько различными должны быть геномы, чтобы началось видообразование? Как долго может продолжаться обмен генами? Насколько распространена метисация между близкими видами животных?

С использованием компьютерного моделирования исследователи решили протестировать «на метисацию» геномы родственных популяций живых существ. Учёные рассмотрели 5 возможных моделей видообразования: полная изоляция, древняя миграция, изоляция с миграцией, повторный контакт и панмиксия (постоянное смешение). Для того чтобы результат был реалистичным, генетикам пришлось учесть происходящий в популяциях естественный отбор и другие факторы, влияющие на генетическое разнообразие животных.

Новый подход генетики применили к геномам 61 пары популяций и видов животных, чтобы выяснить между кем из них в настоящее время продолжается обмен генами. Для каждой пары вычислялось генетическое расстояние между ними (в процентах).

Оказалось, что между 22 парами видов и популяций, генетическое расстояние между которыми менее 0,5%, продолжается обмен генами. 23 пары с расстоянием более 2%, напротив, уже практически изолированы друг от друга. А вот область от 0,5 до 2% исследователи окрестили «серой зоной видообразования». Пары популяций и видов в этой зоне характеризуются «полупроницаемыми» геномами: в некоторых участках их ДНК продолжается обмен генами, а по другим уже возникла изоляция. Для нескольких пар видов и популяций, попавших в «серую зону», обмен генами не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть. Вот уж где повод поломать голову систематикам! К «серой зоне» относятся гориллы, некоторые виды земляных червей, бабочек, комаров, мидий и трубочников.

Затем исследователи проверили, как на вероятность скрещивания влияют различные особенности вида. Оказалось, что обмен генами не зависит ни от продолжительности жизни животных, ни от того, где обитает вид — на суше или в воде. Одинаковой оказалась склонность к смешению и у видов, мечущих икру, и у крупных млекопитающих, рожающих одного детёныша.

А самое удивительное выяснилось, когда исследователи сравнили пары видов и популяций, чьи ареалы пересекаются, с парами, разделёнными океаном или материком (для водных форм). Специалисты и тут не нашли разницы! Это уже очень странно. Авторы осторожно предполагают, что у многих таксонов современный ареал сильно отличается от того, каким он был в прошлом, из-за недавних миграций.

Как видим, на геномном уровне видообразование протекает сходным образом у самых разных животных, вне зависимости от их особенностей. Как быстро возникает репродуктивная изоляция между двумя популяциями и от чего это зависит — вопрос, на который французские генетики не дают ответа.

Кроме того, исследователи посмотрели, как обмен генами сочетается с таксономическим статусом группы. Кто из животных, считающихся разными видами, продолжает смешиваться? А между какими популяциями, вроде бы относящимися к одному виду, уже возникла изоляция?

Оказалось, что из 26 пар видов 4 пары продолжают обмениваться генами — в их числе, кстати, 2 пары видов макак, а также гориллы (западная горилла вовсю скрещивается с восточной).

Из 35 пар популяций (которых традиционно не считают разными видами) 6 оказались полностью изолированными друг от друга. Фактически это означает, что их пора объявлять отдельными видами. В их числе — северная и южная формы трубочников, голубая и фиолетовая морфы колониальных асцидий, земляные черви — впрочем, для этих животных изоляция предполагалась и раньше. А вот для бабочек-шашечниц (марокканская и европейская популяции) и для обыкновенного комара (средиземноморская и тропическая формы) изоляция оказалась неожиданной.

Итак, многие пары видов или популяций, участвовавших в исследовании, изолированы друг от друга лишь частично: ограниченный обмен генами идёт у атлантической и средиземноморской каракатиц, у пингвинов, у мышей, у кроликов, у макак и даже между европейской и американской популяциями мокриц. Видимо, смешение у животных — довольно распространённое явление. Как тут не вспомнить неандертальцев, кроманьонцев и денисовцев, чьи «дела любовные» так старательно изучают палеогенетики.