Вымершие японские морские львы скрещивались с другими видами морских львов

Японский морской лев Zalophus japonicus обитал в прибрежной зоне северо-западной части Тихого океана — в Корее и Японии, на Курильских островах, Сахалине, на южной оконечности Камчатки. В середине XIX века численность вида составляла десятки тысяч, но позднее она сокращалась из-за интенсивной охоты, и в 1950-х японский морской лев полностью исчез. Последние достоверные сведения о 50–60 особях на островах Лианкур (кор. Токто, яп. Такэсима) зафиксированы в 1951 году.

Морские львы острова Такэсима. 1934. Credit: wikimedia.org

Японский морской лев был очень похож на своего ближайшего родственника, калифорнийского морского льва (Zalophus californianus), хотя несколько крупнее. Долгое время его рассматривали как подвид Z. californianus, однако в 2003 году Zalophus japonicus получил статус отдельного вида из-за отличий в строении черепа и зубной формуле. То, что это отдельный вид, подтвердил и анализ митохондриальной ДНК, проведенный японскими учеными; по их данным, два вида разошлись 2,2 млн лет назад, в плиоцене. Однако оставалось вероятным, что между этими видами и позднее имели место генные потоки. Межвидовое скрещивание у ластоногих часто наблюдается в неволе. Недавно появилось предположение, что более маленький размер тела у диких сивучей штата Орегон по сравнению с другими популяциями — следствие эпизодических спариваний самок с калифорнийскими морскими львами, мигрирующими к своим колониям. Но чтобы установить, какую роль играл фактор межвидовых генных потоков в эволюции Z. japonicus и других морских львов, необходимо исследование геномной ДНК.

Исследователи из Южной Кореи и их российские коллегм из лаборатории палеогеномики Европейского университета в Санкт-Петербурге выделили и секвенировали ДНК из 16 фрагментов костей Z. japonicus с корейских островов Токто и Уллындо и провели сравнение с геномами других видов рода — калифорнийского и галапагосского (Z. wollebaeki) морских львов, а также с геномами представителей других родов ластоногих, в частности, сивуча Eumetopias jubatus и северного морского котика Callorhinus ursinus. Препринт статьи опубликован на bioRxiv.

Анализ с помощью методов f4 и f3 показал. что японский морской лев не только является самостоятельным видом, но и отделился от общего предка раньше других исследованных видов рода Zalophus. При этом 98% его генетических компонентов происходят от общего предка этого рода, а 2% — от общего предка с сивучем и северным морским котиком. Были выявлены признаки генных потоков и от сивуча к общему предку калифорнийского и галапагосского морского льва. Также между всеми тремя видами рода Zalophus неоднократно происходили события интрогрессии.

Примечательно, что генетические расстояния между Z. japonicus и его ныне живущими отдаленными родственниками и генетическими донорами, C. ursinus и E. jubatus, рассчитанные на основе анализа мтДНК, были примерно в два раза больше, чем рассчитанные по аутосомным однонуклеотидным вариантам (SNV). Остальные ветви дерева, полученные тем и другим методом, не так сильно различались. Это может объясняться сильным расхождением материнских линий (бо́льшим различием в мтДНК, чем в аутосомной ДНК) либо результатом интрогрессии, которая увеличила сходство ядерных геномов. Могут быть верны оба сценария, подчеркивают авторы.

Исследователи оценили гетерозиготность японского морского льва по более чем 200 млн локусов с глубиной покрытия выше 10. Низкая гетерозиготность указывает на близкородственное скрещивание (инбридинг); например, она была достаточно низкой у стеллеровых коров с Командорских островов, геномы которых ранее изучили российские участники работы. У японского морского льва значение гетерозиготности было умеренным — даже более высоким, чем у калифорнийского морского льва, которому исчезновение не грозит. Тем не менее анализ генома японского морского льва с помощью алгоритма PSMC показал, что его популяция начала сокращаться уже 1000 лет назад. Однако этот вид нельзя считать попавшим в естественный эволюционный тупик; за его вымирание, очевидно, ответственны люди.

Потоки генов между видами ластоногих, обитающих в северной части Тихого океана, могли увеличивать их генетическое разнообразие и способствовать адаптации к изменениям окружающей среды на протяжении десятков тысяч лет, отмечают авторы. Возможно, это было одним из факторов, которые помогли им выжить во время вымирания мегафауны в плейстоцене-голоцене.

На вопросы PCR.NEWS ответил Артем Недолужко, научный руководитель лаборатории палеогеномики Европейского университета в Санкт-Петербурге.

Как у вас возникло сотрудничество с корейцами?

Они решили использовать те же методы, что и мы в нашей работе со стеллеровой коровой. У них были трудности с анализом гетерозиготности в исторических образцах, и мы им помогли, а затем полностью влились в эту замечательную работу.

Чем больше смотрят геномы животных, тем яснее, что видовые границы часто нарушаются. Какие факторы этому способствуют?

Да, по-видимому, гибридизация идет постоянно, просто в стабильных условиях она не поддерживается отбором, либо мешают те или иные репродуктивные барьеры. Если все нормально и стабильно, зачем создавать что-то новое? Но мы сейчас живем в быстро меняющейся среде, недавно вышла статья о том, как изменились ареалы рыб в Северной Атлантике. Многие виды, которые, казалось, были разобщены, встречаются вновь. Есть классные работы, посвященные вымершим видам рыб, которые перед тем, как вымереть, скрестились с другим видом и отдали какие-то аллели, которые позволили выжившему виду получить адаптацию к глубоководной среде.

Прямо как следы неандертальцев в нашем геноме: некоторые их генные варианты полезны для нас.

На самом деле примеров все больше. Видимо, гибридизацию следует считать постоянно действующим факторов эволюции. Та эволюция, которую мы привыкли видеть на эволюционных деревьях, с постепенным накоплением мутаций, требует переосмысления. Вообще, эволюционная биология находится на пороге нового синтеза, и в рамках этого синтеза одним из ее элементов, безусловно, будет эпигенетика, а другим — роль межвидовой гибридизации в эволюционном процессе.

Голубые антилопы не страдали от инбридинга, но вымерли из-за колонизации Африки