Но до появления современных инструментов геномного секвенирования было трудно измерить степень влияния окружающей среды на генетический состав вида.Теперь исследователи из Института биоинформатики Вирджинии в Технологическом институте Вирджинии, изучающие плодовых мух, обитающих на противоположных склонах уникальной природной среды, известной как «Каньон Эволюции», показывают, что даже при миграции, скрещивании, а иногда и уничтожении популяций, движущая сила сила в генофонде во многом зависит от окружающей среды.Открытие в Proceedings of the National Academy of Sciences на этой неделе показывает, что животные генетически адаптируются в зависимости от того, живут ли они на более сухой и горячей стороне каньона или на более влажной и прохладной стороне.«Несмотря на усложняющие факторы, такие как вероятный поток генов между двумя популяциями и меняющаяся демография, разница в микроклимате в этом каньоне, по-видимому, настолько велика, что ее достаточно, чтобы вызвать генетические различия», — сказал Павел Михалак, доцент кафедры Институт биоинформатики Вирджинии. «У нас не так много примеров быстрой адаптации окружающей среды к стрессовым условиям в полевых условиях.
Мы можем смоделировать такие условия в лаборатории, но очень важно наблюдать, как это действительно происходит в естественной системе».Два склона каньона Эволюшн, который расположен на горе Кармель в Израиле, расположены на расстоянии немногим более двух футбольных полей друг от друга у своих оснований, но склон, обращенный на юг, является тропическим и может получать в восемь раз больше солнечного света, в то время как обращенный на север склон больше похож на европейский лес.
Знание о том, что климатические и экологические факторы, по-видимому, оказывают значительное влияние на геном плодовой мухи, несмотря на миграцию или репопуляцию, дополняет текущее понимание биоразнообразия, устойчивости и способности вида адаптироваться к быстрым изменениям климата.Рассматриваемая местная плодовая муха — Drosophila melanogaster — является хорошо изученным лабораторным животным и источником мировых знаний о том, как генетическая информация упакована в хромосомы.Считается, что более 65 процентов генов, вызывающих заболевания у людей, имеют функциональные аналоги у мух, включая многие гены, участвующие в определенных видах рака, болезнях Альцгеймера и Паркинсона, сердечных заболеваниях и других заболеваниях.Исследователи использовали метод, известный как секвенирование всего генома, чтобы охарактеризовать полный набор ДНК в общей популяции плодовых мушек, отметив различия в генетическом составе между популяциями на противоположных склонах.
Международная группа, в которую вошли ученые из Института эволюции Хайфского университета, Университета Британской Колумбии в Ванкувере и Мемориального онкологического центра Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке, обнаружила, что 572 гена значительно различаются по частоте между популяциями, подтверждая предыдущие наблюдения. различий в термостойкости, истории жизни и брачном поведении.Кроме того, исследователи обнаружили, что генетические изменения накапливаются на хромосомных «островках» у мух, обращенных к северу, что предполагает, что адаптивные генные мутации охватят популяцию со временем.Миграцию мух между склонами подтверждали отловом и маркировкой их цветением.
«Хотя мы не связывали генетические изменения с изменением климата, мы рассматривали эффекты теплового стресса, что дает нам косвенное представление о глобальных климатических изменениях», — сказал Михалак. «Нам нужны надежные индикаторы геномных изменений, вызванных климатическими изменениями. У людей есть способы справиться с ними, в отличие от других организмов, но механизмы стрессоустойчивости хорошо сохранены в природе. Основной вопрос о том, как организмы адаптируются к стрессовой среде, будет будет более важным в предстоящие годы. Это повлияет на нас в целом ".
Исследование подтверждает, что естественный отбор — природный процесс, при котором организмы генетически приспосабливаются к своему окружению — оказывает сильное влияние на каньон.«Приятно видеть, что молекулярная работа, наконец, завершена, и что молекулярный сигнал подтверждает фенотипические данные: существует расхождение между двумя наклонами», — сказала Марта Л. Уэйн, профессор биологии Университета Флориды и член Институт генетики UF, который не принимал участия в исследовании. «Это интересно, потому что склоны достаточно близки, и мы знаем, что животные перемещаются между ними, но отбор настолько силен, что есть различия между животными на двух склонах.
Это действительно сильный естественный отбор».Исследование было поддержано Израильско-американским научным фондом.