Расшифровали генетические основы быстрого эволюционного изменения в размерах клюва вьюрков Дарвина

Согласно теории, конкуренция за ресурсы между сходными видами для продвижения различных брендов, которые стали представители двух видов варьировать площадь сожительства по сравнению с тем же видам в регионах отделения. Один из немногих тщательно изученных примеров этого явления — стремительное уменьшение в размерах клюва в середине земли Финч земляные вьюрки Fortis на небольшом острове Дафна в Галапагосского архипелага, который произошел в середине засухи 2004-2005 гг., из-за конкуренции в последнее время обосновались на острове большой страны Финч ли magnirostris. Генетический анализ показал, что ключевую роль в этом эволюционном эпизод был в районе геном (локус), содержащий ген HMGA2. Этот локус имеет два аллельных вариантов, Л (большой) и s (маленький), который влияет на размер клюва, не только раскопки, но и других Галапагосских вьюрков. Во время засухи от г. фортис , был сильный отбор в некоторых местах HMGA2, погибли 70% особей с генотипом ЛЛ и 47% лиц с генотипом ЛС, в то время как птицы с генотипом СС , только 24% не пережить голодное время. Исследования показали, что быстрые эволюционные изменения, которые ведут к различиям в характеристиках конкурирующих видов, может быть из-за сильного отбора по одному локусу.

Жена Розмари и Питер Грант, Б. Розмари и Питер Грант р. Грант) рассмотрел эволюцию вьюрков Дарвина на острове Дафна (Дафна крупные) за последние 40 лет, проведя 6 месяцев в году. Результат был беспрецедентно точную и подробную информацию о работе естественного отбора в дикой природе.

В частности, было показано, что быстрые эволюционные изменения в клюв Размер среднего земле Финч ли фортис отслеживать изменения в составе семена, которые едят этих птиц. В засушливые годы доля крупных семян, а также селективное преимущество получают особи с большими клювами. Таким образом, во время сильной засухи в 1977 мелких семян на острове было мало, и большая часть продовольствия для г. фортис стала большой, трудно разгрызания плодов растения Трибулус cistoides (Рис. 1). Справиться с ними могут только люди с большими клювами. Malalysia индивиды не способны сломать фруктов и, как правило, даже не пытаются это делать. Большинство из птицы с маленькими клювами умер от голода, и в результате, средний размер клюва населения увеличилась (примета такая, потому что размер тела имеет высокую наследуемость).

Во время сезона дождей, направление отбора восстанавливается, что снижает клюв протяжении нескольких поколений (см.: эволюционные и экологические процессы могут возникать так же быстро и влияют друг на друга, “элементы”, 08.02.2011).

Ситуация принципиально не изменилась в 1982 году, к началу дождливого периода, вызванного сильными Эль-ниньо, когда на острове поселились две самки и три самца вида-конкурента — большого глиняного Финч г. magnirostris. Эта птица специализируется крупные семена, и ешьте плоды т. cistoides три раза быстрее, чем образец г. фортис. Новички быстро размножаются, но когда идет дождь достаточно, еды хватает на всех, а конкуренция с посторонними не имеют значительное влияние на развитие г. фортис.

Однако, в 2004-2005 годах была еще одна засуха, которая привела к дефициту как мелких, так и крупных семян. Конкурс на плоды т. cistoides больше песка между физическими лицами г. “фортис” и “politiske” г. magnirostris ослаблен. Для победы в этом конкурсе оригинальных видов не было возможности, потому что Кэм иностранцев значительно больше и мощнее. Ну, мелкими семенами более эффективно эксплуатируемых физическими лицами г. фортис с меньшим клювов. Это привело к массовой гибели особей г. фортис и уменьшить средний размер клюва населения. Наконец, спустя 22 года после появление вида-конкурента средних земляных вьюрков из Дафни остров Размер клюва (как и размер тела, который положительно коррелирует с размером клюва) стать сильнее отличаются от больших земляных вьюрков, чем время разделения (Питер р. Грант и Б. Розмари Грант, 2006. Развитие смещения персонажа в Зяблики Дарвина).

Это один из самых тщательно документированных примеров так называемых отклонений или признаков перехода (знак отличия или перемещения персонажа). Этот механизм эволюции было предсказано, Дарвин: борьба за ресурсы с близкородственных форм должно способствовать морфологические различия, разделения ниш и видообразования, потому что селективное преимущество отдается лицам, сосредоточенным на те ресурсы, где конкуренция слабее. Супруга, вы заслуживают того, чтобы признать, что они могли подробно проследить механизм в природе.

Однако, для того, чтобы полностью понять процесс, надо понять его генетические основы. И вот спустя 10 лет после публикации знаменитой статьи Автор Питер и Розмари Грант с описанием переходные характеристики вьюрков на острове Дафна-журнал науки публикует новую статью, где супруги Грант с коллегами из Университета Упсала (Швеция) сообщил, что эту задачу и удалось решить, хотя бы в общих чертах.

Прежде всего, вам нужно найти зяблики в геноме гены, которые влияют на размер клюва (как и всего тела: эти персонажи не связаны друг с другом, даже во время засухи 2004-2005 года, шансы на выживание средних земляных вьюрков сильно зависит от размера клюва, как размер тела). Авторы otsenival полный геном птиц 60: 10 представители малых, средних и больших земляных вьюрков, а также малого, среднего и большого дерева зябликов (Camarhynchus parvulus, С. нищий , и С. psittacula). Глиняные и деревянные барабаны долю 400 000 лет назад, и между ними есть еще иногда гибридизации (а также между видами в каждой из двух групп). Авторы исходили из предположения (впоследствии подтвердившиеся), что различия в размерах клюва и тело каждого в группе зябликов, должны быть связаны с теми же генами и имеют схожие наборы вариантов (аллелей). Ранее полученные последовательности генома 120 Галапагосских вьюрков, в который входят представители всех 15 видов. Все эти данные были учтены в ходе анализа.

Ссылка генома позволяет нам выделить шесть участков, где большие, средние и малые катушки (например, землистый и древесный) четко различаются по частотам аллельных вариантов (ср. МФ. Индекс фиксации). Дальнейший анализ для выбранного сайта (локуса), разногласия, которые были напротив. Структура этого локуса состоит из четырех генов: высокая мобильность-крюк, 2 (HMGA2), метионин-сульфоксид-редуктазы Б3 (MSRB3), Лем домен-содержащий белок 3 (LEMD3) и ВНТ-ингибирующего фактора 1 (WIF1). Ключевые мутации, которые влияют на вес тела и размер клюва, скорее всего, находятся в регуляторных областях Гена HMGA2. Он кодирует ядерный белок, функция которого предположительно является регуляция факторов транскрипции (хотя он транскрипционного фактора нет). Известно, что мыши за провал этого Гена приводит к карликовости (мышей не растут и становятся мыши-пигмеи). У человека аллель для HMGA2 коррелирует с различиями в росте, при прорезывании зубов и другие аспекты развития скелета. Все это делает Гена HMGA2 хороший кандидат для регулятор размера тела и клюва вьюрков.

Важные результаты сравнения филогенетических деревьев Галапагосских вьюрков, строится весь геном, и отдельно локус HMGA2 (Рис. 2). Первое дерево, каждая ветвь соответствует определенной смысле, что логично и ожидаемо. Таким образом, само дерево представляет собой порядок формирования видов в процессе эволюции. Впрочем, есть еще одно дерево, все зяблики были разделены на две большие ветви, одна из которых состоит в основном из крупных птиц (масса тела более 17 г) и второй маленький (вес менее 16 граммов). Хотя некоторые виды переменных размеров тела и клюва разные лица появились на разных ветках.

Очевидно, это говорит о том, что полиморфизм в локусе HMGA2влияет на все тело и носик, образуя с появлением различия в Дарвина вьюрки (около миллиона лет назад) и унаследовал много видов. Из-за случайных межвидовой гибридизации аллелей в определенном локусе и по сей день может перемещаться между ген видов бильярда.

Рис. 2. Филогенетические деревья, построенные на полные геномы (слева) и локус HMGA2. В первом случае ветви дерева соответствует типу акций на наблюдателей по морфологическим признакам. Во-вторых, все зяблики разделить две ветви, из которых одна соответствует крупных птиц (он получил 82% птиц, вес которых составляет более 17 г) и один маленький (98% лиц с массой тела менее 16 граммов). Прочитать статью обсуждаемого в науке

Авторы выделяют ключевые одиночных нуклеотидных полиморфизмов, которые могут точно различать два основных варианта (точнее, две группы параметров) локус HMGA2: аллель Л (большой), подходит для большого размера, и аллель с (маленький) соответствует малый размер. Тогда они были 133 человека у которого нет такого нарушения Средиземье-катушки (на данном этапе полногеномного секвенирования уже не нужен — этого было достаточно, чтобы определить один нуклеотид, стоящий в определенном положении), чтобы более точно определить влияние аллелей Л И ч о Размер тела и клюва. Оказалось, что самые сильные из этих аллелей коррелирует с размером клюва (Рис. 3, средний график): обладатели генотипа ЛЛ клюв большой, гетерозиготы общ — менее, а Генотип СС обеспечивает небольшой размер клюва. Корреляция между размером тела тоже, но менее выраженным (Рис. 3, левый график). Форма клюва аллелей локуса HMGA2 не коррелируют между собой.

Рис. 3. Соотношение аллелей Л И З размера тела, клюв, размер и форма клюва (три верхних графика: горизонтальная ось — Генотип ЛЛ, ЛС, СС) и избирательное уничтожение птицами во время засухи 2004-2005 гг. (столбцы таблицы: Генотип, количество живых птиц, количество мертвых птиц, выживание в процентах). Изображения обсуждаемой статьи в науке

Потому что жена призналась, систематически задать барабанах, читать их и брать образцы крови собирали мертвых птиц распоряжении исследователей показали, что образцы ДНК 71 человека, из г. фортис, которое было точно известно, что они пережили засуху 2004-2005 гг. или погибли. В засушливые годы вьюрков на острове Дафна не забрали потомство, поэтому выбор был только на уровне взрослых особей либо сохранились или нет. Оказалось что засухи удалось выжить 14 из 19 победителей генотипа СС (73,7%), от 17 до 32 птиц с генотипом ЛС (53,1%) и только 6 из 20 птиц с генотипом ЛЛ (30,0%). Частота аллеля П среди выживших составляет 61%, среди жертв составило 37%. Он показывает очень сильный отбора по данному локусу: коэффициент отбора (см. коэффициент отбора) против гомозигот ЛЛ составляет 0,59±0,15. Это, пожалуй, самая высокая интенсивность естественного отбора, надлежащим образом оформлены в дикой природе.

Конечно, весь клюв не генетическая особенность. Другие локусы также способствовать различий в размерах клюва, но эффект локуса HMGA2 сильна. Снижение частоты аллеля Л избирательную гибель птиц во время засухи, чтобы объяснить 30% наблюдается уменьшение среднего размера клюва. В генотипических классов, выживаемость птиц все еще зависит от размера клюва (это, например, у птиц с одинаковым генотипом ll и весь клюв уже не тот, и те с большими клювами умирает более вероятно).

По сравнению с геном “вне групп” (семейство птиц в Южной и Центральной Америке) показал, что аллель Л – это первородный (прародительский) Дарвина вьюрки, и аллель с является производным. Другими словами, предки Галапагосских вьюрков был только аллели Л, но потом мутация появилась, аллель ч, которые во все времена оказалась полезной и сохранила выбора, в то время как остальное население, а в других случаях это было вредно и отклонены.

В малых островных популяциях аллель часто теряется. Например, если несколько лет подряд крупные семена есть дефицит, и немного сверх того, аллель с дает большое преимущество при отборе, как я могу за это время, пусть исчезнут из генофонда. Однако, иногда межвидовая гибридизация делает так что потеря не является невосполнимой: утраченные аллели могут вернуться к ген видов бильярда из-за креста с незнакомыми людьми. Авторы делают вывод, что в средних земляных вьюрков г. фортис иногда скрещиваются летать Дафни небольшой земляных вьюрков г. fuliginosa. Небольших земляных вьюрков аллеля с, она кажется неподвижной (все 14 лиц, чей Генотип был Генотип СС). Так, в средних земляных вьюрков не угрожают необратимой потере аллелей ч в течение какой-то особый момент с обилием крупных семян и небольшой дефицит. Но если маленьких глиняных катушек вдруг стало выгодно иметь клюв немного больше, они имеют возможность аллеля Л среднем барабане.

Так и кажется, что в долгосрочной перспективе, барабаны благотворно влияют на репродуктивную изоляцию между видами еще не завершен: межвидового генетического обмена, чтобы помочь им поддерживать высокий уровень адаптивности к изменяющимся условиям окружающей среды. Может быть, такие явления часты, что и объясняет длительное существование стабильных комплексов не до конца различных видов и стабильных гибридных зон.

Формально, главный результат этой работы-это проявление того, что разность (смещение) признаки последствий конкуренции между родственными видами могут присоединиться сильный выбор для одного локуса. Однако, ближайшее значение в этом исследовании гораздо шире: оно проливает свет жизни микро эволюционные процессы, до сих пор изучала главным образом в теории, которая опирается на косвенную и неполную информацию. История клюв средних земляных вьюрков на острове Дафна уже был образцовый пример работы естественного отбора в дикой природе, и теперь, дополнены ясными и убедительными геномной информации, он предназначен, чтобы появиться во всех учебниках.

Источник: Sangeen Lamichhaney, Вентилятор Хань, Йонас Берглунд, Чао Ванг, Маркус Sällman Almén, Мэтью Т. Уэбстер, Б. Розмари Грант, Питер Р. Грант, Лейф Андерсон. Место клюва Размер Дарвина вьюрки характер смещения, чтобы облегчить засухи в период // Наука. 2016. В. 352. С. 470-474.

См. также:
1) эволюционные и экологические процессы могут возникать так же быстро и влияют друг на друга, “элементы”, 08.02.2011.
2) разнообразие вьюрков Дарвина сокращаются из-за межвидовой гибридизации, “элементы”, 24.03.2014.
3) Видообразование на разных островах проходит через параллельными путями, “элементы”, 15.03.2007.

Александр Марков

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Обсуждение закрыто.