Эволюция без преград: ботаники нашли новое доказательство видообразования без географических барьеров
|
В последнее время важные открытия в биологии всё чаще совершаются одновременно и независимо несколькими разными группами исследователей, что показывает определенную направленность и даже предопределенность путей развития науки. «Элементы» уже сообщали о почти одновременной расшифровке митохондриального генома мамонта немецкими и российскими учеными (см. новости от 07.02.06 и 19.12.05). И вот опять та же история, на этот раз связанная с давним спором эволюционистов о том, может ли образование новых видов идти симпатрическим путем, то есть без предварительного разделения исходной популяции на изолированные части какими-либо физическими барьерами.
Одновременно с публикацией в последнем номере Nature сенсационной статьи о доказанном случае симпатрического видообразования у рыб в маленьком озере в Никарагуа (см. Для видообразования не нужны барьеры, «Элементы», 13.02.2006) на сайте этого журнала появилась предварительная электронная публикация о столь же бесспорном случае симпатрического видообразования у растений.
Речь идет о двух видах пальм эндемичного рода Howea, произрастающих на одном-единственном крошечном (менее 12 км2) вулканическом островке Лорд-Хау (Lord Howe Island) в 580 км от восточного побережья Австралии. Остров образовался 6,4–6,9 млн лет назад. Если не считать торчащего из моря в 23 км к юго-востоку обрывистого утеса, почти лишенного растительности, ближайшей к острову сушей является Австралия.
Остров Лорд-Хау — идеальное место для изучения симпатрического видообразования, поскольку он возник сравнительно недавно, полностью изолирован и явно слишком мал для того, чтобы в его пределах виды могли образовываться по аллопатрическому сценарию (т. е. за счет физико-географических барьеров).
Флора острова включает 241 вид растений, из которых почти половина — эндемики, не встречающиеся больше нигде. Эндемиками являются и пальмы Howea belmoreana и Howea forsteriana, растущие по всему острову в весьма большом количестве. Пальмы настолько четко отличаются друг от друга, что никаких сомнений в их принадлежности к двум разным видам у ботаников никогда не было.
Винсент Саволайнен из Королевского ботанического сада (Великобритания) и его коллеги в ходе тщательного изучения обнаружили только 5 растений с промежуточной морфологией, что говорит о почти полном отсутствии гибридизации.
На основе анализа последовательностей ДНК всех пальм подсемейства Arecoideae авторы установили, что эндемичный для острова Лорд-Хау род Howea является монофилетическим (имеет единое происхождение). Его ближайшим родственником оказалась австралийская пальма Laccospadix. На основе метода «молекулярных часов» исследователи определили время расхождения линий Howea и Laccospadix (4,57–5,53 млн лет назад) и с меньшей точностью — время расхождения двух видов с острова Лорд-Хау (от 2,5 до 1 млн лет назад или немного позже). Во всяком случае, оба события произошли уже после возникновения острова.
Репродуктивная изоляция у данных видов обеспечивается во многом благодаря разным срокам цветения: Howea forsteriana цветет в среднем на шесть недель раньше. Однако небольшое перекрывание сроков цветения всё же имеется, так что одним лишь этим различием нельзя полностью объяснить отсутствие гибридов. Кроме того, эти виды предпочитают разные типы почв, что, впрочем, не мешает им во многих случаях расти в непосредственной близости друг от друга.
Сравнительно-генетический анализ (сравнивались 274 вариабельных участка генома) подтвердил симпатрическое происхождение исследованных видов. При симпатрическом видообразовании отбор должен быть непосредственно направлен на расхождение видов и их изоляцию (гибриды элиминируются). В результате формируются сильные различия по небольшому числу генетических локусов, а различия по остальным локусам остаются небольшими. При аллопатрическом видообразовании ожидается более равномерное распределение различий по локусам, поскольку изоляция в этом случае возникает просто как побочный результат накопления различий в ходе изолированного развития двух популяций. Специальный отбор «на расхождение» отсутствует, и различия накапливаются равномерно по всему геному. Как и ожидалось, у двух видов пальм обнаружилось небольшое число сильно различающихся локусов, тогда как по всем остальным локусам различия оказались слабыми.
Весь комплекс полученных данных свидетельствует о следующей последовательности событий. Предок пальм рода Howea попал на остров из Австралии 4,5–5,5 млн лет назад. Позднее на острове распространился новый тип более щелочных почв. Пальмы, приспособившиеся к этим почвам, обособились в отдельный вид Howea forsteriana. Время появления щелочных калькаренитовых почв (средний плейстоцен) в целом совпадает со временем расхождения двух видов пальм, определенным по «молекулярным часам». Возможно, изменение времени цветения у Howea forsteriana первоначально возникло как физиологическая реакция на новый тип почвы. Но это изменение оказалось полезным, поскольку помогало избежать гибридизации с исходным видом; впоследствии оно закрепилось генетически и, возможно, усилилось. Крайне маловероятно, что два вида пальм когда-либо были пространственно разобщены, поскольку остров очень маленький, предпочитаемые ими типы почв встречаются повсеместно и вперемешку, к тому же оба вида — ветроопыляемые.
Одновременная публикация сразу двух сообщений о бесспорных случаях симпатрического видообразования у животных и растений в одном из самых уважаемых научных журналов может стать поворотным пунктом в развитии представлений о механизмах появления новых видов. Научная общественность теперь должна признать, что симпатрическое видообразование — не сомнительная гипотеза и не редкий курьез, а вполне реальное и, по-видимому, достаточно обычное явление. Следующим шагом неизбежно должно стать осознание того обстоятельства, что имеющиеся на сегодняшний день теоретические объяснения этого явления нельзя назвать удовлетворительными. Главный вопрос о причинах удивительной согласованности развития новых адаптаций и смены брачных предпочтений по-прежнему не имеет четкого ответа.
Источник: Vincent Savolainen, Marie-Charlotte Anstett, Christian Lexer, Ian Hutton, James J. Clarkson, Maria V. Norup, Martyn P. Powell, David Springate, Nicolas Salamin and William J. Baker. Sympatric speciation in palms on an oceanic island // Nature advance online publication; published online 8 February 2006 | doi:10.1038/nature04566.
