27 октября 2014 на сайте журнала Nature Communications была опубликована статья с описанием видообразования рыб в изолированных озерах. Мы попросили прокомментировать это исследование кандидата биологических наук Варвару Веденину.

Каким образом достигается биоразнообразие в природе? Одна из гипотез (Gould, 1989) гласит, что эволюция не повторяется, а разнообразие видов животных и растений достигается в основном за счет стохастических и случайных событий. С другой стороны, известно немало примеров конвергентной эволюции, когда естественный отбор работает на образование сходных фенотипов в сходных местообитаниях. Среди наиболее известных примеров можно назвать разные морфы трехиглой колюшки, ящериц из рода Anolis на Карибских островах, дарвиновых вьюрков на Галапагосских островах (Schluter, 2000; Mahler et al., 2013; Losos, 2011). Примечательно, что некоторые недавние исследования показали, что сходные фенотипы могут образовываться различными путями, то есть в основе параллельной эволюции могут лежать непараллельные генетические процессы.

Одно из таких исследований изящно проведено учеными из университетов Констанца (Германия) и Глазго (Великобритания) на территории Центральной Америки. Рядом с Великими озерами Никарагуа и Манагуа лежит несколько молодых кратерных озер, сформировавшихся менее чем 10 тысяч лет назад. Авторы исследования выбрали два таких молодых кратерных озера, в которых обитают разные, но близкородственные виды цихлидовых рыб из рода Amphilophus. Оба озера сходны по глубине и степени прозрачности воды. В каждом из двух озер был проведен морфологический, экологический, популяционно-генетический и филогенетический анализ имеющихся видов цихлидовых рыб с целью проверить наличие параллельной эволюции и исследовать ее пути.

Рекомендуем по этой теме:
67651
Гибридизация в природе

Оказалось, что в обоих озерах имеются две экоморфы — бентосная (обитающая около дна) и пелагическая (плавающая в толще воды). Интересно, что в обоих озерах пелагическая экоморфа представлена единственным видом, тогда как бентосная форма — несколькими: тремя видами в озере Xiloa и пятью видами в озере Apoyo. Эти экоморфы различаются морфологически. У пелагической формы более удлиненное тело, чем у бентосной формы, что связано с разными плавательными способностями. Понятно, что те виды, которые плавают в толще воды, должны быть лучшими пловцами, чем донные виды, а потому иметь более веретеновидную форму. Кроме того, строение нижних глоточных челюстей также различается у разных форм, поскольку эти формы предпочитают разную пищу. Так, вскрытие желудков рыб показало, что пелагическая форма значительно реже питается моллюсками, чем донная. Авторы также провели изотопный анализ, измерив соотношение стабильных изотопов углерода (δ13C) и азота (δ15N) в мышечной ткани рыб. По изотопному анализу углерода и азота можно судить об источниках белка в рационе. Например, соотношение изотопов азота различно у травоядных и хищных животных. Анализ показал, что пелагическая форма охотится в других биотопах и занимает более высокий уровень в трофической цепи, чем бентосная форма. Таким образом, пелагическая форма скорее хищник, а бентосная — скорее травоядное, и именно этот факт может объяснить, почему в обоих озерах пелагическая форма представлена лишь одним видом.

Авторы исследования провели молекулярный анализ 14 микросателлитных локусов ДНК рыб. Микросателлиты — некодирующие участки ДНК, представляющие собой последовательности многократно повторяющегося элемента. Микросателлитный анализ активно применяется в тех случаях, когда надо выявить межпопуляционные различия в пределах одного вида или различия между близкородственными видами. На основании этого анализа авторы построили филогенетическое дерево (см. рисунок), которое проясняет эволюцию цихлидовых рыб в исследуемых озерах. Оказывается, цихлиды лишь однажды и быстро колонизировали оба озера, причем озеро Apoyo — 10 тыс. лет назад, а озеро Xiloa — 5,4 тыс. лет назад. Примечательно, что порядок видообразования в озерах был различен: в первом озере вначале произошла дивергенция пелагической формы, тогда как во втором озере — бентосной формы. Таким образом, эволюция путем естественного отбора привела к образованию сходных фенотипов рыб, но при этом она шла непараллельными путями.

Рекомендуем по этой теме:
4940
Причины эволюционного стазиса

Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что дивергенция в направлениях «бентос — пелагиаль» может быть предсказуема для самых разных организмов и что такая адаптивная радиация может происходить очень быстро при освоении новых местообитаний.