Эволюция головных вшей отражает миграцию людей

Человеческая вошь (Pediculus humanus) — кровососущий, бескрылый, специфичный для человека эктопаразит, который является облигатным (не может жить без хозяина) и постоянным (завершает свой жизненный цикл на хозяине). Такая тесная связь сделала человека и вшей идеальным объектом для коэволюционных исследований. Например, совместный филогенетический анализ показал, что вши шимпанзе и человека разошлись от общего предка около 5,6 млн лет назад, что совпадает с известным временем расхождением шимпанзе и человека. Генетическое разнообразие человеческих вшей хорошо изучено с помощью мтДНК. Например, на основе гена цитохрома b ученые выделили шесть гаплогрупп человеческих вшей (A, B, C, D, E и F). Гаплогруппа А распространена наиболее широко, она встречается по всему миру и была обнаружена в археологических находках в Израиле, которым уже 2000 лет. Остальные гаплогруппы встречаются в отдельных регионах. Однако мтДНК передается по материнской линии, и этот маркер не может выявить события гибридизации среди различных популяций вшей. В то же время о ядерном генетическом разнообразии вшей, особенно в глобальном масштабе, известно мало.

С предыдущем исследовании та же группа ученых разработала метод анализа ядерной генетической изменчивости вшей на основе 15 микросателлитных локусов, которые наследуются от двух родителей. Тогда исследователи проанализировали 75 головных вшей из 11 географических сайтов четырех регионов мира (Северная Америка, Центральная Америка, Азия и Европа). Ядерное генетическое разнообразие вшей зависело от континента. В новой работе ученые из США, Мексики и Аргентины расширили выборку и провели комплексный анализ генетического разнообразя 274 вшей из 25 географических локусов по всему миру, используя не только ядерные микросателлитные локусы, но и последовательности митохондриального гена цитохром с-оксидазы 1 (COX1). Результаты исследования опубликованы в журнале PLoS One.

Чтобы понять, как ядерное генетическое разнообразие человеческих вшей распределяется по миру, ученые использовали три разных метода. Метод байесовской кластеризации STRUCTURE предполагает выполнение закона Харди — Вайнберга и равновесие сцепления между локусами. Два многомерных метода — анализ главных координат (PCoA) в GenAlEx 6.5 и дискриминантный анализ главных компонент (DAPC) — не имеют этих допущений. Все эти методы позволили идентифицировать отдельные ядерные генетические группы: кластер I (cI) с субкластерами Ia и Ib и кластер II (cII) с субкластерами IIa и IIb. Кластер cI, куда вошли вши из Африки, Израиля, Азии и Америки, был распространен по всему миру, тогда как кластер cII, включающих головных вшей главным образом из Европы и Америки, был более ограничен географически.

Ученые обнаружили генетическую связь между субкластерами cIa (Азия) и cIb (Центральная Америка). Это подтверждает идею о том, что субкластер cIb, вероятно, ассоциирован с коренным населением Америки, поскольку потенциальный источник этого коренного населения — Восточная Азия. Полученные данные позволяют предположить, что современные популяции вшей в Америке сохранили генетические особенности вшей, принесенных первыми людьми.

Комплексный анализ принадлежности к ядерному кластеру и митохондриальной гаплогруппе показал наличие четырех четко определенных популяций. Одна группа включала вшей ядерного кластера II гаплогруппы А (Европа, Северная, Центральная и Южная Америка), вторая — кластера II гаплогруппы B (Европа, Северная и Центральная Америка), третья — кластера I гаплогруппы А (Южная Азия, Африка, Израиль, Испания и некоторые области Европы), четвертая — кластера I гаплогруппы В (Центральная Америка). Темпы миграции между этими четырьмя популяциями различались. В целом, внутри ядерных кластеров они были высокими, контрастируя с низкими темпами внутри митохондриальных гаплогрупп.

Примерно 12% исследованных вшей, по-видимому, являлись гибридами кластеров cI и cII, при этом 75% из них обнаружены в Новом Свете. Ученые проанализировали демографическую историю вшей. Они сравнили семь различных демографических моделей, в которых каждый генетический кластер вшей развивался в разных популяциях человека-хозяина и расходился вместе с ними, и оценили размеры популяций и времена дивергенции, основываясь на информации об эволюции как человека, так и вшей. Наиболее достоверные модели показали схожие данные — каждая подразумевала смешение двух ядерных кластеров, но в разное время, начиная с миграции после мировых войн (Модель 5), начальной глобализации (Модель 6) и до настоящего времени (Модель 7).

Полученные результаты также могут отражать гибридизацию в результате колонизации Нового Света европейцами, однако в таком случае тяжело объяснить низкую распространенность гибридов. Авторы предполагают генетическую изоляцию между кластерами cI и cII, при которой гибриды не способны сохраняться в популяциях вшей в течение многих поколений. Также вполне возможно, что выборка была географически неравномерна, так как 43% образцов были взяты в Америке. В этом случае гибриды могут быть более распространены в других регионах. Авторы статьи подчеркивают, что разработанный ими подход к оценке демографических сценариев в популяции паразита с использованием данных хозяина можно использовать и для других систем хозяин-паразит.

Общий предок вшей большинства млекопитающих жил на общем предке афротериев