Параллельная эволюция популяций атлантической трески

Деятельность человека сильно влияет на биоразнообразие природных популяций. Эволюционные изменения, направленные на адаптацию к антропогенному фактору, описаны во многих животных, однако изучать генетическую составляющую подобных процессов далеко не всегда легко. В новой работе ученые из США и Норвегии описали явление параллельной эволюции популяций атлантической трески (Gadus morhua) в восточной и западной частях океана.

В середине XX века атлантическая треска подверглась крайне активному вылову, что привело к резкому снижению численности и смещению фенотипа — уменьшению размера и более раннему созреванию. При этом популяции трески сохранили значительную часть генетического разнообразия, в них не наблюдалось резкого изменения частоты тех или иных аллелей, что указывало бы на адаптацию через небольшое количество генов. Два возможных объяснения этого эффекта — адаптация происходила за счет фенотипической гибкости, например через социальную модуляцию процессов развития, что часто встречается у рыб; или эволюционные процессы имеют полигенную природу.

Авторы новой работы использовали ранее опубликованные геномные данные 113 особей атлантической трески, отловленной у побережья Канады в 1940 и 2013 гг. и у побережья Норвегии в 1907, 2011 и 2014 гг. Оригинальный набор данных включал в себя 346290 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Исследователи дополнительно отфильтровали неполно представленные данные и данные низкого качества; итоговый набор включал в себя 112082 локуса.

Для анализа авторы использовали относительно недавно разработанный метод выявления параллельной эволюции. В предложенном ранее методе конвергентной корреляции рассчитываются изменения в частоте аллелей в двух популяциях на протяжении определенного промежутка времени. Наличие ковариации в изменении частот свидетельствует о параллельной эволюции в ответ на схожее воздействие отбора. Ученым пришлось модифицировать формулу расчета, так как оригинальный метод был разработан для равных промежутков отбора образцов в обеих популяциях.

Действительно, метод выявил корреляцию между изменением частот аллелей в популяции канадского побережья в 1940-2013 гг. и в популяции побережья Норвегии в 1907-2011 гг. (CorVar1) или 1907-2014 гг. (CorVar2), как на оригинальном, так и на фильтрованном наборе данных. Негативные значения корреляции наблюдались только для одной группы сцепления, содержащей крупную инверсию.

Чтобы проверить, могла ли корреляция в частотах аллелей быть вызвана миграцией, авторы использовали компьютерную симуляцию миграционных процессов, имитирующую популяционную историю атлантической трески, включая разделение предковой популяций на западную и восточную.

При симуляции с низкими уровнями миграции степень рассчитанной генетической дифференциации между популяциями примерно соответствовала наблюдаемой в реальности. При этом в симуляциях практически не наблюдалось генетического дрифта (выраженного в дифференциации между одной и той же популяцией в разные промежутки времени), который присутствовал в реальных данных. CorVar1 и CorVar2 в симулированных данных варьировались значительно в зависимости от условий, но чаще всего были близки к нулю. Это означает, что корреляция в изменении частот аллелей в двух популяциях навряд ли вызвана миграционными потоками между ними.

Таким образом, подтверждено существование процессов параллельной эволюции в популяциях атлантической трески. Авторы отмечают, что данные результаты позволяют установить только присутствие эволюционного ответа на давление отбора, но не фактор, вызывающий давление: это может быть как вылов рыбы, так и климатические изменения.

Быстрая эволюция обеспечивает пластичность транскрипции у рифовых рыб