Геномы дарвиновых вьюрков рассказали об адаптации и эволюции птиц

Исследователи из Принстонского университета (США) и университета Упсалы (Швеция) изучили генетику галапагосских или дарвиновых вьюрков (Geospizinae), которых английский натуралист Чарльз Дарвин описал во время своего кругосветного путешествия на корабле "Бигль".

Своё второе название вьюрки получили в честь Чарльза Дарвина, который впервые оценил их значение с точки зрения эволюционной биологии (фото B.R. Grant).

"Мы узнали больше о генетической основе эволюции, и это захватывающие открытия", – рассказывает в пресс-релизе Питер Грант (Peter Grant), профессор зоологии, эволюционной биологии и экологии из Принстонского университета.

Вместе со своей женой и соавтором Розмари Грант (B. Rosemary Grant), Питер изучает вьюрков в течение 40 лет на засушливых скалистых островах Дафне (Daphne Island) и Геновеса, входящих в состав Галапагосского архипелага.

После того как супруги Грант собрали образцы ДНК, их расшифровали и исследовали учёные из Упсалы. Учёным пришлось сравнить геномы 120 птиц, относящихся к 15 видам дарвиновых вьюрков и двум родственным видам.

В конце концов, они выявили участок ДНК, который выглядел иначе у видов с тупыми клювами (таких, как большой земляной вьюрок Geospiza magnirostris) по сравнению с остроклювыми видами (например, большим кактусовым земляным вьюрком Geospiza conirostris).

На этом участке ДНК исследователями был обнаружен ген, известный как ALX1, который ранее был идентифицирован в организме человека и мышей как ответственный за формирование черт лица. Мутации, которые подавляют активность этого гена, вызывают серьёзные врождённые дефекты у человека (например, волчью пасть).

"Это очень любопытный пример: небольшие мутации в гене, который имеет решающее значение для нормального развития, приводят к фенотипической (наблюдаемой) эволюции", – говорит Лейф Андерссон (Leif Andersson), профессор функциональной геномики в университете Упсалы.

Своё второе название вьюрки получили в честь Чарльза Дарвина, который впервые оценил их значение с точки зрения эволюционной биологии (фото K.T. Grant).

Однако самым захватывающим и интересным выводом исследования оказалось обнаружение того, что один и тот же ген может отличаться у особей одного и того же вида.

Например, представители вида средний земляной вьюрок (Geospiza fortis), могут обладать как тупым клювом, так и заострённым.

По словам Питера Гранта, этот вывод очень важен — он показывает, как может протекать эволюция в пределах вида. Когда некоторые особи имеют черту, помогающую выживанию (например, тупой клюв позволяет вскрывать жёсткие семена), выгодные гены будут передаваться из поколения в поколение, в то время как особи с острыми клювами постепенно вымрут. Эта генетическая вариация является яркой иллюстрацией работы естественного отбора.

Тут стоит отметить, что форма и размер клюва имеют решающее значение для выживания вьюрков на островах, периодически терзаемых засухами, вулканической активностью и ливнями, принесёнными Южной осцилляцией. Птицы используют свои клювы для того, чтобы вскрыть жёсткие семена, вытащить насекомых из переплетения веток и чтобы выпить нектар из цветков кактуса. В период засухи птицы, приспособленные извлекать пищу из различных источников, имеют больше шансов выжить.

Чарльз Дарвин впервые описал вьюрков и их эволюцию во время своего плавания на корабле "Бигль" (фото SPL).

В течение последних четырёх десятилетий Гранты и их коллеги обнаружили, что форма и размер клювов трижды оказались очень важны для эволюции вьюрков: во времена экстремальной засухи в 1977, 1985 и 2004 годах.

Учёные также выяснили, что гены могут передаваться от одного вида к другому в случае спаривания особей из близкородственных видов. У многих видов птиц при таком стечение обстоятельств птенцы получаются стерильными, то есть не могут продолжить род. Но, как выяснилось, гибридное потомство галапагосских вьюрков может спариваться с особями любого из двух родительских видов. Получившиеся птенцы могут быть отнесены учёными к одному или другому виду в зависимости от внешних характеристик и пения, но они на самом деле несут гены обоих разновидовых родителей.

Большой земляной вьюрок с острова Дафне, Эквадор (фото B.R. Grant).

В ходе этого процесса, известного как интрогрессия (introgressiya), генетический материал может передаваться между видами и способствовать появлению новых видов. Исследование обнаружило свидетельства обширной интрогрессии, происходившей на протяжении последнего миллиона лет. Выходит, что этот процесс протекает практически с тех самых времён, когда вьюрки только заняли архипелаг.