Что случается с гибридами разных видов
Тестирование по теме «Изолирующие механизмы» 11 кл
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Что случается с гибридами разных видов?
1) они получают лучшие части родительских особей
2) они живут дольше особей-родителей
3) они либо погибают, либо стерильны
Какая из перечисленных изоляций необходима для животных с наружным оплодотворением?
1) экологической 3) репродуктивной
2) географической 4) временная
Какой пример изоляции представлен на рисунке?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) репродуктивная изоляция
2) географическая изоляция
3) пространственная изоляция
4) поведенческая изоляция
Может ли гигантская панда иметь общих детёнышей с красной пандой?
Изоляция, когда популяции занимают одну и ту же территорию, но различные места обитания и поэтому не встречаются друг с другом.
1) географическая 3) временная
2) пространственная 4) экологическая
Какая изоляция наблюдается у различных видов светлячков?
1) молекулярная 3) поведенческая
2) экологическая 4) географическая
Изоляция, характеризующая разным временем размножения или спаривания у животных или цветения у растений происходящее в разное время суток.
1) временная 3) поведенческая
2) географическая 4) экологическая
Изоляция, характеризующаяся различиями в размерах или форме половых органов или же в строении цветков.
1) репродуктивная 3) экологическая
2) поведенческая 4) молекулярная
Соотнесите тип изоляции и условия её возникновения
Укажите соответствие для всех 4 вариантов ответа:
1) Возникает, когда сроки размножения животных и цветения растений двух близких подвидов не совпадают
2) Происходит в отсутствие видимых географических барьеров. Причины ее в таком случае кроются в ограниченных «радиусах индивидуальной активности»
3) Возникает между животными, которые обитают на одной и той же географической области, но условия обитания у них оказываются различными
4) Может возникнуть так же из-за хозяйственной деятельности человека
2. географическая изоляция
3. пространственная изоляция
4. экологическая изоляция
1) 3; 2) 3; 3) 3; 4) 3; 5) 2; 6) 4; 7) 3; 8) 1; 9) 1; 10) 1-1; 2-4; 3-2; 4-3.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс профессиональной переподготовки
Методическая работа в онлайн-образовании
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-1248080
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Время чтения: 2 минуты
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Госдума приняла закон об использовании онлайн-ресурсов в школах
Время чтения: 2 минуты
Во Франции планируют ввести уголовное наказание за буллинг в школе
Время чтения: 1 минута
Онлайн-конференция о профориентации и перспективах рынка труда
Время чтения: 3 минуты
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
ТОП-10: Новые факты о гибридах
Когда гибриды создают ученые, они делают это не ради новизны. Гибриды могут спасти находящиеся под угрозой исчезновения виды и вылечить человеческие болезни. В природе же это некая странная смесь. Когда экзотических домашних животных выпускают в дикую природу или же редкие животные не могут найти себе партнера, стремление передать свои гены часто перевешивает табу нарушения границ собственного вида.
Когда исследователи вели работы вблизи Гавайского острова Кауаи (Kauai), они заметили нечто странное. В их поле зрения постоянно появлялось дельфиноподобное существо. Сделанные фото дали возможность предположить, что это был гибрид, потому что в нем прослеживались физические черты разных видов. В 2018 году, через год после его обнаружения, ученые подстрелили его. Дротик не причинил животному вреда, зато позволил взять образец кожи. Анализ ДНК показал, что отцом этого существа был дельфин, а матерью – широкомордый дельфин.
9. Виноград со вкусом сахарной ваты
Люди, которые любят здоровые перекусы и карнавалы, теперь могут наслаждаться странным фруктом. Это виноград со вкусом сахарной ваты. Те, кто ненавидит генную инженерию или искусственные ароматизаторы, также могут вздохнуть спокойно. Этот сорт винограда является результатом естественного разведения. Садоводы из Калифорнии выбрали два вида винограда. Первый – виноград Vitis vinifera, один из самых распространенных видов, которые можно встретить в продуктовых магазинах. Другой был виноградом, похожим на сорт Concord. Этот сорт используется для приготовления желе, соков и джемов.
Оба сорта винограда без косточек и не могут размножаться естественным путем. Это вынудило ученых пройти трудный процесс извлечения эмбрионов винограда, выращивания их в пробирках, а затем высадки на виноградники. Потребовалось более 100 000 проб, прежде чем удалось получить гибрид винограда со вкусом сахарной ваты. В нем на 12 процентов сахара больше, чем в других сортах, и он стал настоящим хитом, когда появился на прилавках в 2011 году. Высокое содержание сахара препятствует появлению часто распространенной проблемы – когда фрукт к моменту покупки становится практически безвкусным.
8. Гибридная надежда носорогов
Фото: Smithsonian Magazine
В 2018 году умер последний самец северного белого носорога. Последние самки, его дочь и внучка, оказались бесплодными. Благодаря замороженным сперматозоидам и единственному виду носорогов, не занесенному в Красную книгу (южный белый), есть надежда для их практически вымерших северных собратьев. Эти два вида различны, но ученым удалось создать гибридные эмбрионы из сперматозоидов четырех северных носорогов и двух яйцеклеток самок южного носорога. Это первый шаг в долгой борьбе за возрождение вида. Даже если суррогатные матери успешно выносят и родят четверых гибридных детенышей в срок, эти малыши станут лишь маленькой частью того, что должно стать стадом.
В будущем ученые планируют взять яйцеклетки у двух последних самок северного белого носорога. (У них есть яйцеклетки, но они не могут выносить эмбрионы.) Это позволит исследователям создать полноценных северных белых носорогов. Еще один амбициозный план заключается в создании сперматозоидов и яйцеклеток из клеток кожи, что-то уже проделывалось в случае с мышами.
7. Гибридные питоны Флориды
Фото: Live Science
Родом из Индии, Пакистана, Шри-Ланки и Непала, эти змеи были меньше по размеру, но быстрее. Любопытно, что генетическая сигнатура указывает на то, что смешение двух видов случилось не недавно. Они стали смешиваться задолго до того, как популяция питонов во Флориде стала большой. Недавно обнаруженные гибриды могут оказаться более сильными и приспособленными, чем их родители. И это является проблемой. Огромные рептилии представляют угрозу для местных животных, особенно мелких млекопитающих.
6. Собаки Галвестона (Galveston)
Фото: Smithsonian Magazine
Когда-то красные волки бродили по юго-востоку Соединенных Штатов. Люди погубили их столько, что в 1980 году последних из этих животных доставили в специальные хозяйства для разведения. Только 17 из них оказались «чистыми». Из этой группы специалистам удалось получить достаточно животных, чтобы создать целую стаю в Северной Каролине (около 40 штук) и 200 животных содержались в неволе. В 2019 году один биолог сделал фотографии диких собак в Галвестоне, штат Техас. Он случайно наткнулся на них, но был убежден, что они отличаются от местных койотов. Он обоснованно предположил, что это гибрид красного волка, и отправил на исследование фотографии и образцы. Последние удалось получить у животных, погибших под колесами автомобилей.
Удивительно, но интуиция биолога не только не подвела, но и помогла спасти редкого хищника. В предоставленных образцах содержалась исключительно ДНК красного волка и «призрачные аллельные гены». Эти гены не соответствовали ни одному из известных собачьих генов, включая гены красного волка. Этот генетический материал был, вероятно, потерян в ходе программ разведения, но сохранился в собаках Галвестона. Ученые надеются использовать собак для восстановления этого генетического волчьего наследия, а также для роста их численности и укрепления уровня здоровья.
5. Курица с ногами динозавра
Чтобы увидеть эту эволюцию в действии, в эмбрионах курицы ученые подавили ген IHH. Это привело к тому, что кости ног остались одинаковой длины и выросли до голени, как у динозавров. Дино-куры так и не вылупились, но опыт показал, что ген IHH не дает костям современных птиц превратиться в «кости динозавров». Это был также первый раз, когда ученым удалось проследить переход динозавр-птица на живых существах, а не на ископаемых, как раньше.
4. Гибрид человека и овцы
Фото: The Telegraph
Создание гибрида человека и овцы может показаться странной затеей, но мотивацией для этого является спасение жизней. Если исследователи смогут подняться на новый уровень, такой гибрид может помочь в решении мировой проблемы нехватки донорских органов. И даже в излечении диабета 1 типа. В 2018 году в Стэнфордском университете (Stanford University) создали первые эмбрионы, содержащие клетки человека и овцы. Некоторое время эмбрионы развивались внутри суррогатной самки, после чего ее убивали. К сожалению, закон не позволяет гибридам выживать больше 21 дня.
Несмотря на то, что проект пришлось закрыть, он стал прорывом в вопросе выращивания неограниченного числа человеческих органов, в частности, поджелудочной железы, в теле сельскохозяйственных животных. Исследователям уже удалось вылечить мышь, страдающую диабетом, пересадив ей поджелудочную железу мыши, выращенную внутри крысы. Исследователи планируют выращивать модифицированных овец без органа и надеются, что человеческая ДНК животного активизируется и создаст поджелудочную железу. Однако для достижения этой стадии эксперимент должен длиться не менее 70 дней, что потребует специального разрешения регулирующих органов.
3. Соловей Баркета (Burket)
Фото: Smithsonian Magazine
В Пенсильвании есть два вида соловьев (голубые и с золотистыми крыльями), которые часто скрещиваются. В зависимости от расцветки, их гибриды известны как соловей Брюстера (Brewster), либо как соловей Лоуренса (Lawrence). В 2018 году один заядлый любитель птиц сфотографировал птицу, которая, по его мнению, была соловьем Брюстера. Однако, когда Лоуэлл Баркетт (Lowell Burket) изучил фотографию, он увидел, что у птицы были другие признаки.
2. Вымершая черепаха может оказаться живой
Около 150 лет назад гигантская черепаха была объявлена вымершей. Последняя особь была замечена на острове Флореана (Floreana), являющемся частью Галапагосских островов в Тихом океане. У черепахи Chelonoidis elephantopus панцирь по форме напоминал седло, в то время как панцири черепах других видов, обитающих на острове, были куполообразной формы. Эти гигантские черепахи были удивительными, их размер составлял 1,8 метра в длину, а вес 408 кг. В последнее время исследователи заметили некоторые изменения у другого вида гигантских черепах.
Черепахи Chelonoidis becki живут на острове Исабела (Isabela), расположенном в 322 км от острова Флореана. Панцири некоторых из них оказались в форме седла, хотя должны были быть куполообразными. У 1669 черепах были взяты пробы. Невероятно, но у 84 было достаточно генетических маркеров, чтобы предположить, что одним из родителей был представитель вымершего вида C. elephantopus. Более того, 30 гибридам не исполнилось и 15 лет. Их генетическое разнообразие также предполагает, что на острове Исабела оставили потомство по крайней мере 38 разных черепах вида C. Elephantopus. Учитывая, что они могут достигать 100-летнего возраста, некоторые из могут даже быть живы. Если это так, то это первый случай, когда вид был открыт повторно, благодаря оставленному им гибридному потомству.
1. Гибрид, который стал видом
Фото: Live Science
Область Амазонки известна тем, что там обитают странные животные, но одна птица удивила даже экспертов. В 1957 году идентифицировали новую разновидность манакина и назвали ее разновидностью с золотой короной. Маленькая птица явно принадлежала к виду с собственной территорией и популяцией. Затем на 45 лет эти птицы исчезли, вплоть до 2002 года. В 2018 году генетические тесты показали, что эти редкие птицы были гибридами. В их геноме обнаружили 20% генома белошапочного манакина и 80% опалоголового манакина. Это выглядит как простое скрещивание, но данный вид стал первым гибридным видом птиц, обнаруженным на нашей планете.
Более примечательно, что новый вид появился благодаря скрещиванию около 180 000 лет назад. Преодолев множество трудностей, в которых терпят неудачу почти все гибриды, птица с золотой короной стала настоящим видом. Данный вид доказывает, что не все гибриды появились недавно, но эта птица также отличалась от своих «родителей». У представителей всех трех видов были зеленые тела, но разные оттенки головы. У белошапошного манакина на голове были белые перья, а у опалоголового перья на голове переливались радужными цветами. У манакина с золотой короной появилась ярко-желтая шапка.
Тест с ответами: “Изолирующие механизмы”
1. Что способствует образованию нового вида:
а) Изоляция популяции и естественный отбор +
б) Географическая изоляция
в) Выработка адаптаций
2. Что относится к аллотропическому способу образования вида:
а) Поведенческая изоляция
б) Территориальная изоляция +
в) Экологическая изоляция
3. Что относится к постзиготическому виду изолирующих механизмов:
а) Особенности поведения
б) Отличие строения половых органов
в) Неполноценность +
4. Какой фактор характеризуется несовпадением брачных периодов или сезонов цветения у разных популяций:
а) Сезонность +
б) Нежизнеспособность
в) Морфология
5. Примером какого фактора является изоляция гавайских дрозофил:
а) Нежизнеспособность поколения
б) Разная сезонность спаривания
в) Разные места обитания +
6. Для какого фактора характерно распознавание партнёром световой траектории светлячка:
а) Морфологического
б) Поведенческого +
в) Постзиготического
7. Что относится к морфологическому фактору:
а) Различное поведение потенциальных партнёров, относящихся к разным видам
б) Внешнее различие разных популяций
в) Особенности строения репродуктивной системы и гамет +
8. В чём заключается нежизнеспособность поколений:
а) Образованные гибриды не доживают до половой зрелости +
б) Неспособность образовывать гибриды
в) Поколение гибридов оказывается полностью стерильным
9. Примером какого фактора является мул:
а) Нежизнеспособности
б) Неполноценности
в) Стерильности +
10. Какой фактор наиболее способствует изоляции популяции:
а) Морфологический
б) Совокупность факторов +
в) Экологический
11. Что случается с гибридами разных видов:
а) Они либо погибают, либо стерильны +
б) Они получают лучшие части родительских особей
в) Они живут дольше особей-родителей
12. Чем является мул:
а) Гибридом осла и коровы
б) Гибридом лошади и осла +
в) Гибридом лошади и зебры
13. Может ли температура влиять на период размножения:
а) Да +
б) Нет
в) Неизвестно
14. Что у животных с наружным оплодотворением действует как изолирующий механизм:
а) Внутреннее отвращение к особям другого вида
б) Невозможность слияния из-за разного строения органов
в) Невозможность слияния с другим видом на молекулярном уровне +
15. Что такое поведенческая изоляция:
а) Взаимодействие лишь при наличии определенных сигналов от особей того же вида +
б) Взаимодействие только при определенной температуре
в) Взаимодействие при благоприятных условиях
16. Что такое экологическая специализация:
а) Возможность скрещиваться вне своего вида
б) Адаптация лишь к определенным условиям +
в) Умение изменяться под условия окружающей среды
17. Что может приводить к ограничениям генного обмена:
а) Физические факторы среды обитания
б) Биологические особенности строения организма
в) Оба варианта верны +
г) Нет верного ответа
18. В чем заключается различие между популяциями одного вида:
а) В умении скрещиваться
б) В адаптации к разным условиям +
в) В возможности переносить холод
19. Могут ли различия между популяциями одного вида привести к невозможности скрещиваться друг с другом:
а) Нет
б) Неизвестно
в) Да +
20. Может ли гигантская панда иметь общих детенышей с красной пандой:
а) Да
б) Нет +
в) При определенных условиях климата +
21. Механизмы, которые приводят к ограничению генного обмена между популяциями:
а) Изолирующие +
б) Подталкивающие
в) Запрещающие
22. Видообразование путём репродуктивной изоляции часто происходит у растений и связано с ошибками при делении клеток (митоз), которое приводит к увеличению числа:
а) Лизосом
б) Хромосом +
в) Меосом
23. Несовместимость формы половых органов создает такой барьер, который приводит к репродуктивной изоляции:
а) Главный
б) Основной
в) Механический
24. Часто гаметы разных видов оказываются несовместимыми и не образуют:
а) Хромосому
б) Зиготу +
в) Лизосому
25. Сперматозоиды могут содержать … ферменты для растворения оболочки яйцеклетки:
а) Дополнительные
б) Второстепенные
в) Неподходящие +
26. Один из барьеров, который препятствует образованию гибридов:
а) Базовый
б) Гаметический +
в) Физиологический
27. Один из барьеров, который препятствует образованию гибридов:
а) Зиготический +
б) Нормативный
в) Базовый
28. Один из барьеров, который препятствует образованию гибридов:
а) Зародышевый
б) На стадии зародыша или плода
в) На стадии эмбриона или личинки +
29. Один из барьеров, который препятствует образованию гибридов:
а) Нежизнеспособность гибридов +
б) Жизнеспособность гибридов
в) Совместимость гибридов
30. Один из барьеров, который препятствует образованию гибридов:
а) Нестерильность гибридов
б) Стерильность гибридов +
в) Гибридизация
Межвидовые гибриды играют жизненно важную роль в эволюции
Оказалось, что гибриды, ранее считавшиеся нежизнеспособными, спасли от вымирания многие виды животных. Как согласовать этот факт с борьбой за сохранение видов? — такая проблема встаёт перед учёными.
Но оказалось, что гризли и белые медведи с тех пор, как эти виды появились сотни тысяч лет назад, постоянно скрещиваются. В геноме полярных медведей сохранилась митохондриальная ДНК древних гризли, а гризли унаследовали гены, полученные ими при гибридизации с полярными медведями. «Люди опасаются, что из-за скрещивания белые медведи потеряют свои красивые белые шубы, — говорит Майкл Арнольд (Michael Arnold), биолог-эволюционист из Университета Джорджии. — Но истина в том, что эти животные уже давно выглядят не совсем так, как выглядели изначально».
«Если в дикой природе такое скрещивание является обычным, — предостерегает он, — то убивать гибриды, чтобы их геномы не смешивались с «чистыми» родительскими, — это метод управления, который следует признать неосмотрительным». И в самом деле: не исключено, что порождённая гибридизацией генетическая изменчивость спасительна для белых медведей. Их выживание в условиях повышения температуры и таяния льдов, по-видимому, зависит от того, сумеют ли они адаптироваться к скалистой, менее морозной среде обитания, и в ходе этой адаптации им, как считает Арнольд, с большой долей вероятности могут прийти на помощь некоторые гены гризли. Правда, в результате белые медведи «будут выглядеть несколько иначе».
Подобные противоречия заставляют думать, что наличие в природе гибридов — это не так уж и плохо. Традиционно гибриды ассоциируются с неадаптивными скрещиваниями, ведущими к появлению стерильного или нежизнеспособного потомства (например, мулов, рождающихся от кобылы и осла). Натуралисты привыкли рассматривать гибридизацию в дикой природе как нерелевантную, редкую, тупиковую случайность. А если гибриды нежизнеспособны, неплодоносны или редки, то существенно влиять на эволюцию они не могут. Однако новейшие генетические исследования показали, что, как это ни удивительно, в межвидовой борьбе за выживание гибриды играют жизненно важную роль, и потому биологи взялись помогать представителям разных видов использовать полезные гены близких родственников.
Короче говоря, межвидовое скрещивание не сводится к неадаптивному. Передача по наследству, происходящая между организмами с расходящимися родословными, способствует появлению новых адаптивных свойств и более того — новых видов. По словам Арнольда, приобретение генов от гибридных популяций представляет собой не только обычное явление, сопутствующее возникновению новых видов, «но и, по-видимому, самый распространённый путь эволюции, независимо от того, идёт ли речь о вирусах, растениях, бактериях или животных».
И львы, и тигры, и ягуары! О Боже!
Совсем недавно следы гибридизации были обнаружены в эволюции ягуара. В прошлом месяце в журнале Science Advances появилась статья, в которой группа учёных из семи стран рассказала о проведённом ими исследовании геномов пяти видов рода Panthera, или, как часто говорят, «больших кошек»: львов, леопардов, тигров, ягуаров и снежных барсов (в этом тексте снежных барсов включают в род Panthera; среди зоосистематиков достаточно распространена и иная точка зрения, согласно которой снежных барсов выделяют в отдельный род Uncia. — Прим. XX2 ВЕК). Учёные впервые секвенировали геномы ягуара и леопарда и сравнили их с уже описанными геномами трёх остальных видов. Было найдено более 13 000 генов, имеющихся у всех больших кошек. На основе полученной информации исследователи, чтобы описать, как примерно 4,6 миллиона лет назад пять видов рода Panthera отклонились от общего предка, построили филогенетическое древо (по сути, родословную видов).
Один из руководителей исследовательской группы Эдуардо Эйзирик (Eduardo Eizirik), биолог и эколог Папского католического университета в Рио-Гранде-ду-Сул (Бразилия), изучает ягуара в течение 15 лет. Картируя геном этого животного, Эйзирик и его коллеги искали гены, которые могут отвечать за адаптивные свойства — такие, как большая голова и сильные челюсти. (Появление данных черт, вероятно, связано с тем, что после катаклизма, уничтожившего крупных млекопитающих, ягуару пришлось охотиться на толстокожих рептилий и, соответственно, понадобилось разрывать кожу аллигаторов и панцири черепах).
Однако некоторые из адаптивных свойств ягуара, возможно, не связаны с его родословной. Команда Эйзирика нашла свидетельства многочисленных скрещиваний, происходивших между представителями различных видов рода Panthera. К примеру, два гена, найденные в геноме ягуара, говорят о гибридизации со львом, случившейся, видимо, уже после того, как филогенетические пути данных видов разошлись. Оба гена участвуют в формировании зрительного нерва. Эйзирик предположил, что они кодируют улучшение зрения, в котором была нужда или которое просто оказалось полезным. По каким-то причинам естественный отбор предпочёл гены льва, они-то и заменили соответствующие гены ягуара.
Этот пример гибридизации позволяет понять, почему описание группой Эйзирика эволюционного древа рода Panthera заслуживает серьёзного внимания. «Суть в том, что всё стало сложнее, — заявил Эйзирик. — В конечном итоге виды действительно отделились друг от друга, но не так просто и быстро, как часто изображают». «Пёстрая мозаика того, что происходило в прошлом, — добавил бразильский учёный, — нашла отражение в изученных нами геномах».
Концепция биологических видов
Группа Эйзирика получила массу данных, подвергла их дотошному анализу и сделала важные выводы. Можно ли подкрепить эти выводы другими данными — столь же подробными и тщательно изученными? Такой информации крайне мало. Однако идея о том, что гибриды способствуют развитию видов, отнюдь не нова. Гибридизация — обычное явление в жизни растений, она играет важную роль в их эволюции. Об этом известно с 1930-х годов. В одной Британии появление гибридов отмечено почти у четверти видов цветущих растений. В 1938 году пара учёных-ботаников для описания изучавшейся ими гибридизации и соответствующего движения генов ввела в употребление понятие интрогрессивной гибридизации, или интрогрессии. Пусть представители видов A и B скрещиваются, чтобы произвести гибридное потомство с равными долями генов, приобретаемых от каждого родителя. Затем представим, что эти гибриды скрещиваются с представителями вида A и что их потомство, в свою очередь, делает то же самое. Пройдёт множество циклов — и в природе останутся организмы вида A, чьи геномы сохранили некоторые гены вида B. Как показали исследования, в рамках этого процесса могут появиться и совершенно новые виды растений.
Казалось, однако, что виды животных более строго поддерживают свою дискретность, по меньшей мере в течение некоторого времени. Большинство зоологов поддержало концепцию биологических видов, которую в 1942 году предложил легендарный биолог Эрнст Майр (Ernst Mayr), один из архитекторов современной синтетической теории эволюции, сочетающей естественный отбор Дарвина с научной генетикой. В основе майровской концепции видов лежит репродуктивная изоляция: вид определяется здесь как популяция, представители которой не производят или не могут производить потомство с представителями других популяций. С 1970-х годов в поле зрения учёных стали попадать исключения из этого правила, однако многие биологи продолжали считать, что в животном мире гибридизация настолько редкое явление, что не стоит приписывать ей какую-то важную роль. «Наши взгляды были слишком жёсткими», — вынужден признать Джеймс Маллет (James Mallet), биолог-эволюционист Гарвардского университета. Сегодня, добавил он, заявлять, что при реконструкции эволюционной истории не следует обращать внимание на межвидовую гибридизацию или «что последняя не способствует адаптивной эволюции, уже несолидно».
Это особенно актуально сейчас, когда с помощью вычислительных и геномных инструментов удалось доказать плодовитость интрогрессии — даже применительно к нашему собственному виду. Проводимые с 2009 года исследования показали, что примерно 50 000—60 000 лет назад некоторые люди современного типа, мигрировавшие из Африки, скрещивались с неандертальцами, а позже и с другими нашими предками — денисовцами. В обоих случаях дети продолжали спариваться с другими людьми современного типа, и их гены дошли до нас. В настоящее время исследователи подсчитали, что некоторые популяции унаследовали от 1 до 2 процентов ДНК от неандертальцев и до 6 процентов от денисовцев. Эти фракции насчитывают сотни генов.
В 2012 году Маллет и его коллеги обнаружили большое количество генных потоков между двумя гибридизующимися видами бабочки рода Heliconius. В следующем году они определили, что примерно 40 процентов генов одного из этих видов были заимствованы у другого. Теперь команда Маллета исследует два других вида бабочек, которые обмениваются генами ещё более интенсивно. Заимствование составляет примерно 98 процентов, и только 2 процента геномной информации разделяют эти виды и отражают их «истинную» эволюционную траекторию. Подобное размывание линий видов уже обнаружено у малярийных комаров рода Anopheles.
Другие виды организмов, от рыб и птиц до волков и овец, тоже не чураются интрогрессии. «Теперь известно, что границы между видами не такие жёсткие, как считалось ранее», — констатирует Питер Грант (Peter Grant), биолог-эволюционист из Принстонского университета. На протяжении десятилетий он и его жена Розмари Грант (Rosemary Grant), тоже принстонский биолог, изучают эволюцию галапагосских вьюрков. «Проводя филогенетические реконструкции, — продолжает исследователь, — учёные рисуют древовидные узоры. Глядя на эти узоры, мы видим, что между видами существуют барьеры, которые, мгновенно возникнув, никогда не исчезают. Такие картинки могут вводить в заблуждение».
Питеру Гранту вторит Арнольд. «Мы имеем дело с паутиной жизни, а не с привычным бифуркационным древом жизни», — утверждает он. Значит, чтобы понять эволюционные отношения вида и создать правильную филогенетическую картину, сейчас, как никогда прежде, необходимо исследовать весь геном, а не только отдельные гены. И даже этого может оказаться недостаточно. «Вполне возможно, — сказал Маллет, — что некоторые действительно существующие эволюционные узоры всё ещё полностью не отображены».
Беспокойные гены вновь и вновь привлекают к себе внимание
Геномные исследования не могут создать полную картину интрогрессивного движения генов. Всякий раз, когда один вид наследует гены другого, результат может оказаться вредным, нейтральным или адаптивным. Вредные приобретения естественный отбор, как правило, удаляет. Впрочем, не всегда. К примеру, некоторые гены, унаследованные нами от неандертальцев, могут участвовать в появлении таких расстройств, как диабет, ожирение или депрессия. Нейтральные интрогрессивные области дрейфуют, и потому способны очень и очень долго оставаться в геноме, не вызывая при этом каких-либо наблюдаемых эффектов.
Но в наибольшей степени исследователей интересуют благоприятные интрогрессии. Вспомним ещё раз про ДНК неандертальцев и денисовцев: их гены позволили людям успешно адаптироваться к суровым условиям таких регионов, как Тибетское плато, защищая от вредного воздействия больших высот и недостатка кислорода, которые у поселившихся здесь мигрантов способны вызывать инсульт, выкидыш и другие опасные для здоровья последствия. Кроме того, благодаря скрещиванию с архаичными предками человек приобрёл иммунитет к ряду инфекций, а пигментация его кожи и волос стала более подходящей для евразийского климата.
Бабочки Маллета также дают примеры адаптивной гибридизации, особенно в плане мимикрии и защиты от хищников. Исследователи заметили, что, хотя у большинства видов рода Heliconius окрас крыльев и узоры имеют ярко выраженные особенности, некоторые виды почти не различимы. Учёные считали, что удивительное сходство возникло совершенно случайно, но оказалось, что это верно лишь отчасти. Маллет и другие обнаружили здесь влияние интрогрессии. То же самое можно сказать и о галапагосских вьюрках: у разных видов участки геномов, которые отвечают за размер и форму клюва, оказались одинаковыми благодаря гибридизации. Опять мы видим, что параллельная эволюция не позволяет дать исчерпывающее объяснение.
Для того чтобы имели место такого рода эффекты, не требуется высокая норма гибридизации, и, скорее всего, она чрезвычайно мала. Как утверждает Маллет, опираясь на данные, полученные при исследовании почти полностью гибридизированных бабочек, «для полной гомогенизации генов двух видов достаточно, чтобы на 1000 нормальных спариваний приходилось всего лишь одно гибридное». «Это восхитительно», — комментирует он.
Поскольку труды, посвящённые интрогрессии, приобретают всё более и более внушительный вес, учёные решили выяснить её эволюционные последствия. Эти последствия не вписываются в рамки того факта, что видообразование имеет тенденцию быть не таким стремительным, каким его нередко изображают. «И всё же, по всей видимости, в основе диверсификации, адаптации и адаптивной эволюции довольно часто лежат мигрирующие гены», — утверждает Арнольд.
Исследование, проведённое Эйзириком и его командой, подкрепляет это утверждение убедительным аргументом. Согласно произведённым оценкам, популяции всех пяти видов рода Panthera сократились, вероятно, из-за климатических изменений. Примерно в это же время были отмечены случаи генной интрогрессии. Чем меньше популяция, тем больше вероятность того, что в её геном войдёт вредная мутация. Поток генов, обнаруженный между указанными видами, по-видимому, спас их от вымирания, обеспечивая появление адаптивных мутаций и нейтрализацию вредных. «Волна генетических мутаций такая мощная, что может вызвать очень быструю эволюцию», — считает Арнольд.
И этот процесс не исчерпывается ускорением эволюции какого-то одного вида. Адаптивная интрогрессия может, в свою очередь, вносить существенный вклад в адаптивную радиацию — процесс стремительной диверсификации биологического вида в большое разнообразие вариантов, образующих новые линии видов, самостоятельно адаптирующихся к окружающей среде. Хрестоматийный пример — сотни и сотни видов цихлид, живущих в великих озёрах Восточной Африки. Это семейство рыб появилось в результате бурной (по эволюционным меркам) диверсификации их общих предков, вызванной, главным образом, изменением среды их обитания в связи с климатическими и тектоническими сдвигами. Сегодня формы, поведение и экология цихлид чрезвычайно разнообразны — во многом благодаря интрогрессивной гибридизации.
Биологам понадобится ещё много лет, чтобы в полной мере осознать важность гибридизации для эволюции. По мнению Арнольда, дальнейшие усилия нужно направить на проведение работы, подобной той, которая была проделана с галапагосскими вьюрками и волками Йеллоустоунского национального парка. Нужен разносторонний анализ (поведенческий, метаболический и т. д.), способный показать, в какой степени интрогрессия адаптивна, а в какой вредна или нейтральна, и, кроме того, влияет ли адаптивная интрогрессия только на определённые виды генов или же это влияние имеет более масштабный характер.
К сожалению, для тех, кто стремится сохранить природу и поддерживать разнообразие видов, находящихся под угрозой исчезновения, отсутствие удовлетворительных ответов на поставленные выше вопросы создаёт проблемы, требующие безотлагательного решения. Дикие гибридные популяции способны принести устоявшимся видам, даже тем, от которых они произошли, непоправимый вред, поэтому нередко приходится решать, надо ли защищать эти популяции или нет.
Неопределённость при защите гибридов
Яркий пример: в 1950-х годах двое калифорнийцев из долины Салинас, занимавшихся продажей приманок для рыб, задумав расширить свой бизнес, прыгнули в пикап и отправились в центральный Техас и Нью-Мексико. Они выпустили на волю полосатых тигровых саламандр, чьи размеры могут более чем вдвое превышать размеры калифорнийской тигровой амбистомы. Новый вид быстро понравился местным рыбакам, но оказался вредным для местной экосистемы: привезённые саламандры спариваются с родственниками-аборигенами, создавая гибридный вид, способный вытеснить родительские виды. Вскоре калифорнийская тигровая амбистома очутилась на грани полного уничтожения. Даже сейчас её существование под угрозой.
Подобные примеры хорошо иллюстрируют, почему природоохранные организации, как правило, не хотят защищать гибридов: считается, что гибриды разрушают генофонды их родительских видов и представляют угрозу для биоразнообразия. Такой подход кажется особенно основательным, когда скрещивание вызвано действиями человека, как в случае с калифорнийской тигровой саламандрой или, если нужен свежий пример, с львиной скорпеной-ершом, опустошающей Карибский бассейн. «В контексте природоохранной деятельности на гибридизацию обычно смотрят негативно, и лишь потому, что биологи, которые стремятся сохранить природу, твердят, как мантру, слова о необходимости защищать виды и их самостоятельную эволюцию в тех же условиях, в каких она происходила ранее», — отмечает Брэдли Шаффер (Bradley Shaffer), биолог-защитник природы в Университете Калифорнии, Лос-Анджелес. Завезите домой иностранные биологические виды из другой части мира — и последствия могут быть разрушительными, даже если линию эволюции завезённых видов пресекут гибриды.
Но и безудержное предотвращение гибридизации способно привести к негативным результатам. Как показали работы Маллета, Арнольда, Эйзирика и Грантов (среди прочих), если скрещивание между географически соседствующими видами идёт естественным путём, оно может способствовать адаптации видов к новым угрозам. «Когда [гибридизация] является творческой эволюционной силой, её следует поддерживать, и приоритетной должна быть политика сохранения», — считает Шаффер.
Хотя искусственная гибридизация с целью помочь популяциям, находящимся в опасности или на грани исчезновения, недопустима, естественная гибридизация может оказаться полезной, и в этом случае ей не следует мешать. По словам Маллета и других исследователей, считающих гибридизацию естественной и имеющей важное эволюционное значение, природоохранное законодательство не должно исключать защиту гибридов. «Постоянно предотвращая гибридизацию, можно создать проблему», — предостерегает Маллет.
Поэтому многие эксперты считают, что Закон об исчезающих видах и другие законы устарели и нуждаются в пересмотре. «Я хочу содействовать тому, чтобы наши природоохранные дискуссии вышли на уровень геномной эпохи. На этом уровне [гибридизация] предстаёт перед нами как гораздо более распространённое явление, чем считалось ранее, — говорит Бриджит фон Хольдт (Bridgett von Holdt),биолог-эволюционист из Принстона. — Наша политика должна быть более гибкой и ёмкой».
Возьмите различные виды волков, которые бродят по Северной Америке. Серые, мексиканские, красные и восточные волки — все они находятся под угрозой исчезновения и до последнего времени все они считались отдельными видами. Однако, согласно недавним геномным исследованиям, весьма вероятно, что в действительности красные и восточные волки — гибриды серых волков и койотов. Это открытие усложняет научное определение их экологической роли в эволюционной истории серых волков и ставит под сомнение их статус охраняемых животных, ибо при формировании природоохранной политики на гибридов смотрят, как на что-то тёмное и мутное.
Определение наилучшего способа действий в сфере охраны природы при наличии множества неизвестных или неясных факторов — чрезвычайно трудная задача, и, как её решать, учёные пока не знают. По словам Шаффера, если в среде обитания и геномной истории какого-то гибридного вида имеются нюансы, их обязательно нужно учитывать при решении вопроса о том, стоит ли этот вид охранять.