Международная команда учёных раскрыла важный генетический механизм, известный как «суперген». Это открытие проливает свет на то, как в природе могут возникать и стремительно развиваться новые биологические виды. Исследование, проведённое на цихлидах из озера Малави, показывает, что ключевую роль в этом процессе играют особые мутации — хромосомные инверсии.
Эволюция на скорости: загадка озера Малави
Озеро Малави в Восточной Африке представляет собой уникальную природную лабораторию. От одного предкового вида рыб-цихлид здесь всего за несколько миллионов лет произошло более 800 различных видов. Для сравнения, расхождение эволюционных путей человека и шимпанзе заняло гораздо больше времени. Цихлиды демонстрируют невероятное разнообразие: среди них есть и крупные хищники, и любители водорослей, и рыбы, просеивающие песок. Каждый вид занял свою экологическую нишу в одном водоёме, что долгое время ставило перед учёными вопрос о механизмах такой быстрой адаптации.
Секрет в перевёрнутой ДНК
Анализ ДНК более 1300 особей цихлид показал, что причиной ускоренной эволюции стали хромосомные инверсии. Это мутации, при которых крупный участок хромосомы разворачивается на 180 градусов. Хотя на первый взгляд это кажется простой перестановкой, она имеет фундаментальные последствия для наследования генов.
В норме при размножении гены родителей смешиваются (рекомбинируют), создавая новые комбинации. Однако инверсия блокирует этот процесс на своём участке. В результате целый кластер генов, часто называемый «супергеном», передаётся из поколения в поколение как единый, неразрывный блок. Это позволяет сохранять выгодные комплексы генов, работающих согласованно, например, для адаптации к определённой глубине или типу питания.
Обратите внимание: NASA инвестирует в футуристический телескоп, который будет строить сам себя в космосе.
Ящик с эволюционными инструментами
«Можно представить суперген как готовый ящик с инструментами, собранный для конкретной задачи. Такая цельная генетическая комбинация помогает рыбам быстро осваивать новые условия среды», — поясняет Мориц Блумер из Кембриджского университета, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science.
Эти «инструменты» часто контролируют ключевые для выживания признаки: остроту зрения в условиях разной освещённости, слух, особенности поведения. Например, рыбам, живущим на глубине, необходимы иные зрительные адаптации, чем обитателям мелководий. Супергены надёжно сохраняют эти специализированные черты.
Генетические барьеры и ускоренный обмен
Инверсии выполняют и другую важную функцию: они помогают видам сохранять свою уникальность, даже когда они сосуществуют и иногда скрещиваются. Они действуют как генетические барьеры, предотвращая чрезмерное смешение. При этом, что особенно интересно, целые супергены могут передаваться между видами при редкой гибридизации, мгновенно наделяя потомков комплексом полезных адаптаций. Этот механизм работает как эволюционный «буст», ускоряя появление новых, более совершенных форм.
Кроме того, учёные обнаружили, что участки ДНК с инверсиями часто выполняют роль половых хромосом, определяя, станет ли особь самцом или самкой. Поскольку половые хромосомы тесно связаны с процессом видообразования, это открытие даёт новое понимание генетических основ возникновения биологического разнообразия.
Универсальный механизм эволюции
Хотя работа была сосредоточена на цихлидах, хромосомные инверсии — не их исключительная особенность. Подобные структуры обнаружены и в геномах других животных, включая человека. «Всё больше данных свидетельствует, что инверсии являются ключевым драйвером эволюции и биоразнообразия в целом», — отмечает соавтор исследования профессор Ричард Дурбин.
Таким образом, исследование международной группы учёных приближает нас к разгадке одной из главных тайн биологии — того, как жизнь на Земле стала столь многочисленной, разнообразной и удивительно приспособленной.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.