Według badań hybrydyzacja gatunków może zwiększyć różnorodność
Ziemia jest domem dla zdumiewająco dużej liczby gatunków należących do wielu rodzin – od mikroskopijnych zimnolubnych bakterii zamieszkujących głębiny wiecznej zmarzliny na Antarktydzie aż po lisy piaskowe występujące na gorących pustyniach Azji. Wszystkie te gatunki stanowią elementy niezwykle delikatnej sieci życia, którą określamy mianem różnorodności biologicznej. Próba zrozumienia sposobu, w jaki powstała tak zdumiewająco duża liczba gatunków, stanowi jedno z głównych zagadnień teorii ewolucji.
Badanie mechanizmów genetycznych sprzyjających specjacji
Tak jak mutacje genów i przepływ genów w dużej mierze odpowiadają za zmienność genetyczną w obrębie gatunków, tak specjacja – proces, który ma miejsce, gdy grupa w obrębie gatunku oddziela się od innych członków i wykształca swoje własne, niepowtarzalne cechy – wpływa na powstawanie nowych gatunków. Pomimo postępu w tej dziedzinie, geny leżące u podstaw procesu izolacji reprodukcyjnej oraz sposób ich działania pozostawały dotąd niezbadane. Jonna Kulmuni, koordynatorka projektu SpecIAnt, który otrzymał dofinansowanie z działania „Maria Skłodowska-Curie”, zajęła się rozwiązaniem nierozwiązywalnej dotąd zagadki mechanizmów genetycznych sprzyjających specjacji. „Lepsze zrozumienie procesu powstawania nowych gatunków może rzucić nowe światło na to, co prowadzi do wymierania gatunków i dostarczyć cennych wskazówek na temat przeciwdziałania utracie różnorodności biologicznej”, wyjaśnia badaczka.
Nie wszystkie bariery przepływu genów są stabilne w czasie
Wraz ze swoim zespołem, Kulmuni wykorzystała budujące duże mrowiska mrówki rudnice jako organizm modelowy do badań nad genetycznymi podstawami specjacji i hybrydyzacji. „Dane obejmujące dziesięć lat badań populacyjnych nad gatunkami hybrydowymi oraz ich protoplastami pokazują nam, że dobór naturalny działa inaczej w przypadku samców i samic. W ramach naszych badań zidentyfikowaliśmy kilka obszarów genomów – loci barierowych – które zapobiegają przepływowi genów między zróżnicowanymi gatunkami. W odróżnieniu od poprzednich badań sprawdziliśmy między innymi zmiany stabilności tych regionów w czasie. Co zaskakujące, udało nam się ustalić, że część tych obszarów straciła swoją stabilność po upływie 10 lat. Wszystko wskazuje na to, że proces doboru naturalnego przestawia się z działania przeciwko introgresji na jej wspieranie, sprzyjając łączeniu genów jednego gatunku z pulą genową innego gatunku”, wyjaśnia Kulmuni. .
Przełom w rozumieniu różnorodności genetycznej
Badaczka i jej zespół poszli o krok dalej, sprawdzając, jakie zmienne środowiskowe mogą wpływać na tę zmienność w czasie. W szczególności przyjrzeli się wpływowi temperatury na kształtowanie zmienności genetycznej w populacji hybryd dwóch gatunków mrówek – mrówki ćmawej (Formica polyctena) oraz mrówki północnej (Formica aquilonia) – na podstawie danych genetycznych na temat ich populacji gromadzonych na przestrzeni 14 lat. „Odkryliśmy, że częstość występowania obu alleli podobnych do alleli protoplastów w populacji hybryd zmienia się w czasie w zależności od temperatury u samców, ale nie u samic”, wyjaśnia Kulmuni. Dobór naturalny faworyzuje warianty genetyczne protoplastów zamieszkujących najdalej na północy w chłodnych latach, natomiast allele pochodzące od gatunków zamieszkujących regiony na południu występują z większą częstotliwością w ciepłych latach. „Co zaskakujące, dobór naturalny nie działa zgodnie z naszymi oczekiwaniami – zjawisko introgresji występuje powszechnie u samców. Hybrydyzacja może prowadzić do uzyskania rezultatów zależnych od płci, uzależnionych od czynników środowiskowych”, zauważa badaczka. Jak czytamy w jednym z artykułów opublikowanych przez badaczy, „hybrydyzacja była dotychczas postrzegana jako proces, który przeciwdziała specjacji. Otrzymane przez nasz zespół wyniki wskazują jednak, że hybrydyzacja może zwiększać różnorodność biologiczną ze względu na fakt, że sprzyja zróżnicowaniu genów, dzięki którym mrówki mogą lepiej przystosować się do zmiennych temperatur i radzić sobie z ekstremalnymi warunkami pogodowymi”.
Słowa kluczowe
SpecIAnt, specjacja, hybrydyzacja, zmienność genetyczna, dobór naturalny, różnorodność biologiczna, mrówki, introgresja
