Спаривание европейских (Hyla arborea) и восточных древесных лягушек (Hyla orientalis) в низинах Польши приводит к получению гибридных лягушек, которые несут половые хромосомы обоих видов. Предположительно, они менее успешно размножаются, т.е. менее приспособлены, чем их предковые виды.
Это было обнаружено доктором Маттиасом Штоком, членом Гейзенберга Немецкого научного фонда (DFG) в Институте пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водоемах (IGB) им. Лейбница с помощью популяционно-генетических методов.
Вместе с международной командой он исследует контакт двух видов древесных лягушек на Висле. Для доктора Кристофа Дюфренса из Университета Лозанны, первого автора общего исследования, только что опубликованного в Scientific Reports, это «предполагает, что недифференцированные половые хромосомы у этих древесных лягушек способствуют эволюции новых видов больше, чем другие нормальные хромосомы».«Мы приложили огромные усилия и провели много ночей в полевых условиях, чтобы охватить большую часть Польши, собирая пробы слюны у двух видов древесных лягушек для генетического анализа», — сказал Томаш Майтыка, Вроцлавский университет, первый автор исследования.Исследователь амфибий Маттиас Сток ссылается на тот факт, что поток генов между этими двумя видами молодых древесных лягушек не прерван полностью, что типично для таких молодых видов. «Обмен генами является наименьшим между половыми хромосомами при межвидовых скрещиваниях, половые хромосомы хуже всего« взаимодействуют »с другими хромосомами чужеродных видов», — говорит он.
На определенном этапе своей эволюции эти виды пересекли «точку невозврата», в которой они больше не могли полностью слиться с другими видами. Действительно, похоже, что этот пункт уже пройден у древесных лягушек в Польше, их половые хромосомы уже не могут легко смешиваться. Позже потока генов больше не будет. «Удивительно, что у изученных нами видов древесных лягушек спаривание и гибридизация происходят в основном в польских низменностях, — говорит Шток, — в то время как в Греции, где эти два вида также встречаются друг с другом, это случается редко; однако, по-видимому, с явно более длительных периодов времени ". Там было найдено гораздо менее распространенное потомство между Hyla arborea и Hyla orientalis.
До 2008 года исследовательское сообщество предполагало, что эти два вида древесных лягушек представляют собой одного. В то время Сток и его сотрудники исследовали лягушек с помощью молекулярных методов и обнаружили различия, которые оправдывают рассмотрение их как разных видов, разделенных примерно на 5 миллионов лет. После ледникового периода европейская квакша (Hyla arborea) достигла Центральной и Западной Европы через долину Дуная.
К востоку от Вислы, в Польше и Украине, встречается другой вид, Hyla orientalis, который распространился на север от северной Турции и Малой Азии вокруг Черного моря, а затем колонизировал на востоке вокруг Карпатской дуги. Старые систематики предполагали, что это могут быть разные виды или подвиды.
Таким образом, для «восточной древесной лягушки» существовало старое научное название, которое Сток мог «реактивировать». С тех пор, как Hyla orientalis вернулась в научный мир.
Оба вида сложно отличить внешне, это так называемые «загадочные виды».В Польской низменности оба вида встречались менее 14 000 лет назад; с эволюционной точки зрения очень молодой контакт.Но как эволюционируют новые виды?
Это один из важнейших вопросов эволюционной биологии. «Как исследователь амфибий, я хотел бы узнать, сколько времени требуется у лягушек и жаб, чтобы новый вид возник из-за географической изоляции, и что составляет его генетическую идентичность, мы говорим об их« репродуктивной изоляции »», — говорит Сток.В случае древесных лягушек ученым удалось обнаружить такие естественные гибридные зоны. Карпаты образуют идеальную границу между Hyla arborea и Hyla orientalis, которые затем снова соединяются к северу от гор, в польской низменности. Когда популяции разделены (аллопатрия) в течение длительных периодов времени, они накапливают адаптации к окружающей среде и случайные мутации.
Важен также генетический дрейф, который включает случайные процессы на уровне популяции. Обе группы развиваются по-разному, особенно если в популяции выживают лишь несколько особей, проходят через «генетическое узкое место», подобно тому, как это однажды случилось с частями современного человечества, которое представляет собой потомство относительно небольшого числа предков.В лаборатории такие процессы сложно смоделировать.
Лягушки, которых можно скрещивать в террариуме, возможно, не делают этого в природе, и наоборот. «В естественных гибридных зонах мы находим комплексы природных видов и можем изучить их генетический состав», — говорит Сток. «По нашим оценкам, Hyla arborea и Hyla orientalis были разделены примерно на 5 миллионов лет».Во время ледникового периода Hyla arborea зимовала в южных широтах, например, в Греции и в Средиземном море, и Hyla orientalis в районе Черного моря.
После последнего оледенения оба вида распространились на север и, наконец, встретились в районе реки Висла. В популярных знаниях о половых хромосомах обычно рассматривается ситуация у млекопитающих, у которых половые хромосомы легко различимы под микроскопом. Мужская Y-хромосома у человека очень мала по сравнению с X-хромосомой. Эти гетероморфные половые хромосомы, то есть морфологически различимые половые хромосомы, в основном больше не рекомбинируют во время репродукции.
Предполагается, что это отсутствие рекомбинации привело к вырождению млекопитающего Y.Однако у рыб и земноводных различные хромосомы могут играть роль половых хромосом или могут снова терять ее в процессе эволюции.
В результате эти половые хромосомы практически не успевают дегенерировать, как у млекопитающих. Определение пола в целом можно рассматривать как каскад определения пола. «Наверху находится« главный ген », который определяет, станет ли лягушка самцом или самкой», — говорит Сток. Затем этот ген «включает» сети генов, которые формируют мужской или женский фенотип.
Некоторые гены, которые формируют яйцеклетку или производство спермы, выглядят удивительно консервативными. Однако сильная вариация обнаруживается на вершине каскада, что означает, что существуют разные главные гены, а также зависит от того, на какой хромосоме амфибий расположен главный ген.В половых хромосомах древесной лягушки мы можем наблюдать «эволюцию в действии», — говорит Сток.
Таким образом, он и его коллеги могут непосредственно заглянуть в «лабораторию эволюции».