Домовые мыши в Америке как пример параллельной эволюции

Одинаковые или сходные изменения, возникающие в разных популяциях под действием схожих факторов среды и отбора, говорят о некоторой предсказуемости эволюции и ее адаптивном характере. Особенно если повторяемость присутствует на генетическом уровне, когда наряду с параллельными фенотипическими изменениями наблюдаются изменения одних и тех же генов. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировали генетическую основу параллельной эволюции для домовой мыши на двух разных берегах Северной Америки.

Домовые мыши (Mus musculus domesticus) колонизировали Северную Америку всего несколько сотен лет назад. Столкнувшись с низкими температурами в северной части континента, мыши адаптировались согласно правилу, сформулированному немецким биологом Карлом Бергманом еще в XIX веке: увеличились в размерах. И, конечно, приобрели ряд других физиологических и поведенческих адаптаций.

Ученые отловили домовых мышей в западной части Северной Америки и сравнили их с домовыми мышами, отловленными на побережье с аналогичным температурным градиентом в восточной части Северной Америки. И западные, и восточные популяции домовой мыши на севере строили гораздо более крупные гнезда — примерно вдвое больше, чем на юге, и сами были крупнее.

«Мышь с экватора весит около 12 граммов; мышь из северной части штата Нью-Йорк весит около 18 граммов, — сказал руководитель исследования Майкл Нахман, профессор кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли и директор университетского Музея зоологии позвоночных. — Это большая разница. Если бы мы говорили о людях, это было бы 100 фунтов против 150 [приблизительно 45 кг против 68]».

Чтобы убедиться, что речь идет не о модификационной изменчивости, исследователи вырастили пять поколений северо-западных и юго-западных мышей в лаборатории, и на протяжении всех поколений различия в размерах тела и поведении сохранялись. Для этих мышей провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) и нашли восемь мутаций в пяти генах, связанных с увеличением размера тела.

Объединив эти данные с результатами своего же предыдущего исследования домовых мышей на востоке, исследователи обнаружили для 16 генов признаки параллельной эволюции вдоль градиента «север-юг» на обоих побережьях. Для 14 из 16 генов известны функции, при этом пять из них относятся к тепловой адаптации: например, Mc3r и Mtx3 связаны с размером тела или составом жиров (подробнее о Mc3r на PCR.NEWS), Galnt2 и Zfp663 — с метаболизмом, Trpm2 — с чувствительностью к высоким температурам. Это говорит о том, что большая часть параллельной эволюции может быть обусловлена адаптацией к аналогичным температурам в разных регионах Северной Америки.

Но популяции обладали и особенными адаптациями. Так, цвет шерсти мышей на северо-западе был значительно темнее, чем у мышей с юго-запада и северо-востока. Это объяснялось разным цветом почвы, слиться с которой стремятся и те, и другие мыши.

«Главный вывод из этой статьи заключается в том, что существует некоторая предсказуемость эволюции и на организменном, и на генетическом уровне, — отмечает Майкл Нахман. — Мы показали, что одни и те же гены подверглись изменениям независимо на двух разных территориях в течение очень короткого времени. Это хороший пример быстрого эволюционного изменения за короткое время для сложного адаптивного признака».