Бабочки-шашечницы смогли сохранить генетическое разнообразие и выжить, изредка скрещиваясь с очень дальними родственниками

Результаты исследования, которое заставляет по-новому взглянуть на эволюцию живых организмов, были поддержаны грантом Российского научного фонда и опубликованы в журнале Molecular Ecology.

Традиционно считается, что образование гибридов — организмов, получившихся после скрещивания генетически различных форм, в живой природе без участия человека встречается нечасто. Обычно оно связано с близкородственными видами. Например, в некоторых популяциях дафний (ракообразных из планктона) возникают гибриды, которые заметно затрудняют определение границ между разными видами. Однако эволюция знает примеры, когда естественная гибридизация проходила и между весьма дальними родственниками: например, между Homo sapiens и неандертальцами, общий предок которых жил около 800 тысяч лет назад.

Исследователям из СПбГУ и Зоологического института РАН удалось обнаружить гибридизацию еще более далеких друг от друга видов: бабочек-шашечниц M. didyma (дидима) и M. acentria (ацентрия), обитающих на склонах популярного горнолыжного курорта Хермон в северном Израиле. Их общий предок существовал не менее пяти миллионов лет назад — примерно так же далеко друг от друга на филогенетическом дереве находятся современный человек и шимпанзе (шесть миллионов лет). Чтобы получить этот результат, ученые провели полногеномное секвенирование и анализ 27 геномов бабочек-шашечниц трех видов.

Оказалось, что некоторые особи малочисленных ацентрий периодически скрещиваются с более распространенными дидимами, что обеспечивает для ацентрий приток новых генов. В целом одна из причин вымирания видов заключается именно в потере генетического разнообразия. Поэтому то, что за счет гибридизации с дальним родственником бабочки-ацентрии «подпитываются» генетическим материалом, может быть для ацентрий фактором выживания и дальнейшей эволюции. Причем, отмечают исследователи, межвидовая гибридизация не является в данном случае тотальной — с другим видом скрещиваются только отдельные особи, но этого вполне хватает для возникновения устойчивого потока генов. Ученым даже удалось поймать одну бабочку, которая оказалась межвидовым гибридом.

Изучая строение ацентрии, мы заметили у нее черты сходства с дидимой, что было неожиданно, ведь эти два вида не являются близкими родственниками.

Первый автор статьи, аспирантка СПбГУ Елена Паженкова

«В основном, подобные "совпадения" являются следствием адаптации к схожим условиям среды, но иногда они появляются в результате межвидовой гибридизации. Мы провели анализ полных геномов, который показал однонаправленный поток генов — от дидимы к ацентрии», — рассказала первый автор статьи, аспирантка СПбГУ Елена Паженкова.

Обычно результатом гибридизации, рассказывает профессор СПбГУ, главный научный сотрудник Зоологического института РАН Владимир Лухтанов, становится объединение видов в один или появление стерильного потомства, то есть тупик эволюции. Поэтому до недавнего времени считалось, что подобный сценарий «обогащения» вида новым генетическим материалом в принципе невозможен. Однако в последние годы появляется все больше работ, которые заставляют ученых иначе взглянуть на процессы эволюции живых существ.

«Такое ощущение, что мы находимся на этапе смены научной парадигмы. Биологи долгое время были убеждены, что эволюцию живых существ можно представить в виде ветвящегося дерева. Возможно, эта метафора не вполне верна и скоро будет отброшена, — говорит Владимир Лухтанов. — Межвидовая гибридизация приводит к тому, что эволюцию более правильно представлять в виде сети жизни, в которой возникающие новые веточки горизонтально связаны друг с другом за счет обмена генами. Кроме того, тот факт, что мы выявили малоизученный природный механизм, позволяющий поддерживать генетическое разнообразие, может иметь значение для разработки общей стратегии сохранения самых разных видов живых организмов».

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 19-14-00202.