Геномы бабочек демонстрируют удивительную эволюционную историю

Описание: Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что у бабочек Heliconius неожиданная эволюционная история. История этого вида больше напоминает не традиционное эволюционное «дерево», а куст с многочисленными примерами интрогрессии или генетического обмена после видообразования.

«Традиционный взгляд на эволюцию как на раздвоенное дерево не отражает всей сложности эволюционного процесса», — заявил соавтор исследования Пол Фрэндсен, профессор ботаники и дикой природы в Университете Бригама Янга. «Вместо дерева это скорее куст или сеть. Изучая целые геномы и используя наши новые методы, мы можем получить гораздо более чёткую картину происходящего».

Создав 20 полных геномных сборок бабочек Heliconius, Фрэндсен и соавторы из Гарварда и Массачусетского технологического института получили самый обширный набор данных, который они могли использовать для анализа ситуации.

Видео подготовлено Отделом коммуникаций Университета Бригама Янга (BYU University Communications)
Продюсер: Джули Уокер
Оператор: Брайан Уилкокс
Монтаж: Брендан Десисио

Особая благодарность Биосфере бабочек в Благотворительном центре «Биосфера бабочек» в городе Лехай, штат Юта.

Репортаж Отдела коммуникаций Университета Бригама Янга (автор: Тодд Холлингсхед):

Новый анализ бабочек в журнале Science позволяет восстановить эволюционную историю видов.

Красочные бабочки рода Heliconius отличаются широким разнообразием узоров крыльев и удивительной способностью имитировать внешний вид других видов бабочек. Они также обладают невероятной способностью к быстрому видообразованию и дивергенции, что делает их главными объектами исследований эволюционных биологов уже более века.

Несмотря на все то, что ученые узнали об этом динамичном семействе бабочек, один важный вопрос до сих пор остается нерешенным: почему группы видов, подобные Heliconius, имеют тенденцию к более быстрому разнообразию, чем другие? Используя новую, новаторскую и экономичную стратегию секвенирования 20 полных геномов Heliconius, исследователи из Гарварда, Университета Бригама Янга и Массачусетского технологического института наконец-то дали точный ответ на этот вопрос.

В статье, опубликованной в журнале Science от 1 ноября 2019 года, исследователи связывают быстрое видообразование этих исключительных бабочек с явлением, известным как интрогрессия, при котором виды обмениваются генами в результате скрещивания генетически дивергентных особей. В целом, результаты исследования свидетельствуют о том, что эволюционное древо, впервые составленное Дарвином, нуждается в корректировке.

«Традиционный взгляд на эволюцию как на раздвоенное дерево не отражает всей сложности эволюционного процесса», — заявил соавтор исследования Пол Фрэндсен, профессор ботаники и дикой природы Университета Бригама Янга. «Вместо дерева это скорее куст или сеть. Изучая целые геномы и используя наши новые методы, мы можем получить гораздо более четкую картину происходящего».

Когда биологи-эволюционисты хотят узнать об эволюционных связях между различными видами, они обычно делают это с помощью дерева. Каждый вид представляет собой вершину дерева, к которой приводит серия бифуркаций. Но оказывается, что для многих видов не существует простого раздвоенного дерева.

Всё больше учёных-эволюционистов приходят к выводу, что здесь играет роль интрогрессия, особенно в случаях быстрого видообразования. Однако до сих пор не существовало адекватных инструментов, позволяющих исключить другие возможные сценарии, такие как неполная сортировка генеалогических линий (когда у двух видов есть общий предок с несколькими вариантами генов, но эти варианты генов не идеально соответствуют границам видов). Сгенерировав 20 полных геномных сборок, Франдсен и его коллеги получили самый большой набор данных, который они могли использовать для анализа ситуации.

Затем они разработали новый вычислительный метод, позволяющий определить, что они обнаруживают в геномах: интрогрессию или неполную сортировку генеалогических линий. Используя суперкомпьютерные мощности Университета Бригама Янга (BYU), они обнаружили, что интрогрессия лежит в основе 70% неконгруэнтных генеалогий, обнаруженных ими в геномах, по сравнению с 30% при неполной сортировке генеалогий. Этот результат подтвердил, что даже когда события видообразования происходят в близкое время, гибридизация в результате интрогрессии является доминирующей причиной.