Исследователи точно выявили гены, которые определяют огромное разнообразие форм и размеров клювов дарвиновых вьюрков (Geospizinae) – птиц, которых принято считать самым ярким примером естественного отбора.
Именно этих пернатых изучал в своё время Чарльз Дарвин, путешествуя по Галапагосским островам и обнаружив там изолированные группы этих птах. В 2015 году учёные смогли идентифицировать ген, который определяет форму клюва вьюрков. Теперь же они смогли выявить другой ген, “контролирующий” размер клюва. Вариации этого гена и легли в основу эволюционного изменения, которое исследователям довелось наблюдать в 2004-2005 годах, во время засухи на Галапагосских островах. Тогда размеры клюва одной популяции уменьшились, что позволило избежать конкуренцию за источники пищи, причём изменения произошли и на генетическом уровне.
“Мы задавались вопросом, возможно ли идентифицировать гены, лежащие в основе такой эволюции в природной популяции, – комментирует Лейф Андерссон (Leif Andersson), генетик из университета Упсалы. – В результате мы действительно выявили гены, которые играют определённую роль в таких эволюционных изменениях”.
История небольших птичек началась около двух миллионов лет тому назад, когда общий предок всех вьюрков добрался до Галапагосов. К 1835 году, когда Чарльз Дарвин посетил острова во время своего плавания, этих птиц насчитывалось более десятка видов, причём каждый вид освоил свою экологическую нишу. Некоторые из них обладали массивными клювами и могли раскалывать семена, другие же обладали тонкими клювами и способностью выуживать насекомых из щелей в деревьях. Были также и плотоядные особи с острыми клювами.
Стремясь изучить генетическую основу этого разнообразия, исследователи сравнили геномы 60 птиц, представителей шести видов дарвиновых вьюрков, а также 120 образцов других видов, чтобы выявить точные филогенетические отношения. Как и ожидалось, у тесно связанных видов были наиболее схожие геномы.
Однако у шести видов вьюрков одна область генома коррелировала с размерами в большей степени, чем у родственных видов. У небольших видов была одна и та же разновидность данной области генома, у крупных – другая, а вот у средних видов – нечто среднее из этих двух разновидностей. По мнению учёных, за размер отвечал конкретный ген из этой области под названием HMGA2 – как известно, он влияет на размер и структуру морд у многих других животных. Дальнейший анализ показал, что у вьюрков Дарвина ген HMGA2 играет важную роль в регулировании размеров клюва.
Затем исследователи рассмотрели роль гена во время драматического эволюционного события. После того как в 2003 году Галапагосские острова подверглись невероятной засухе, многие из средних земляных вьюрков (Geospiza fortis) умерли от голода, так как не смогли конкурировать с более крупными видами например, с Geospiza magnirostris, недавно колонизировавшим остров и способным поедать большие семена.
После засухи средние земляные вьюрки, которым удалось выжить, оказались птицами с меньшим размером клювов, нежели у погибших особей. Вероятно, это объясняется тем, что им удавалось поедать мелкие семена (в то время как конкуренты эту пищу избегали).
Анализ ДНК средних земляных вьюрков, живших во времена засухи, показал: вариация HMGA2, “дарившая” им большой клюв, была более распространена среди птиц, умерших от голода. Этот генетический вариант, вероятно, ответственен за общее уменьшение размеров клюва.
Выводы исследования затронули новые вопросы биологии, например, учёным ещё предстоит выяснить, когда именно возникли эти вариации генов и как они распространились между видами. Также необходимо понять, что именно было первопричиной самых первых изменений.
Полное описание научной работы было опубликовано в журнале Science.
Автор: Маргарита Паймакова