Что произойдет в результате межвидового скрещивания, подскажут геномы предковых видов

Межвидовая гибридизация распространена среди многих организмов и приводит к разным результатам. Например, гибриды могут скрещиваться с родительским видом, повышая его генетическое разнообразие (генетическая интрогрессия), или дать начало новому виду. Многообразие результатов гибридизации объединяет одно — они непредсказуемы, а их причины остаются неизвестными.

В новой работе группа американских и мексиканских ученых разработала подход для предсказания эволюционных итогов гибридизации. Авторы использовали хлыстохвостых ящериц из рода Aspidoscelis в качестве модели. Среди этих рептилий выделяют 15 видов, образовавшихся в результате гибридизации и перешедших к однополому размножению — партеногенезу. Одна их часть — с двойным набором хромосом (диплоиды) — образовалась в ходе скрещивания двух видов, другая — с тройным набором (триплоиды) — в результате интрогрессии диплоидов с родительскими формами.

Ученые искали в геномных ящериц рода Aspidoscelis свидетельства интрогрессии. Оказалось, что в этот процесс могли быть вовлечены 60–70% из 33 видов, размножающихся половым путем. Авторы применили филогенетический анализ, чтобы идентифицировать предков однополых гибридов. Они идентифицировали 11 гибридных линий (шесть диплоидов и пять триплоидов), которые появились в результате смешения десяти предковых видов. У ящериц выделение гибридных видов предшествует увеличению плоидности.

Изоляция и расхождение линий хлыстохвостых ящериц с последующим вторичным контактом протекали неоднократно. Накопление данных о таких событиях позволило ученым проверить три гипотезы, объясняющие исход гибридизации, включая интрогрессию и образование новых видов. Согласно первой гипотезе, некоторые виды с большей вероятностью дают потомство, способное к партеногенезу. Вторая гипотеза гласит, что партеногенетические организмы получаются от видов с более дальним родством. Согласно третьей гипотезе, для образования новых партеногенетических видов нужны сложные генетические условия. Авторы не нашли подтверждений первой гипотезе, но обнаружили свидетельства второй и третьей. В частности, третья гипотеза объясняет малое число партеногенетических видов и неудачу большинства лабораторных экспериментов по их созданию.

Дальнейший анализ показал, что важнейшую роль играет время, прошедшее с момента расхождения (дивергенции) родительских видов. Авторы продемонстрировали, что гибридизация может привести к появлению однополых ящериц, то есть к переходу от интрогрессии к видообразованию, когда время расхождения между родительскими видами превысило десять миллионов лет. Этого времени хватает для накопления достаточного количества различий. Таким образом, информация о времени расхождения видов позволяет предсказать последствия их гибридизации.

На гибридизацию Aspidoscelis могли повлиять и условия обитания рептилий. Согласно одной из гипотез о географическом распределении партеногенетических линий, колебания климата во время плейстоцена повлияли на расселение видов и, как следствие, на вероятность вторичных контактов и гибридизации. Это согласуется с результатами реконструкции биогеографии предков хлыстохвостых ящериц.

Подводя итог, ученые отметили, что результаты эволюции можно предсказать, используя новые модели гибридизации, подобные той, что была предложена в настоящей работе. По мнению авторов, дальнейшее понимание эволюционных аспектов можно получить благодаря изучению других позвоночных, среди которых развито однополое размножение: скальных ящериц Darevskia, рыб щиповок Cobitis или амазонской моллинезии Poecilia formosa.