Международная команда исследователей реконструировала эволюционное древо двух родов неотропических бабочек-итомин (Ithomiini, семейство Нимфалиды) — Mechanitis и Melinaea — обнаружив шесть новых видов. Специалисты также выявили ключевые факторы (хромосомные перестройки, гибридизация, географическая изоляция), определившие невероятно быстрое видообразование внутри группы итомин. Это исследование помогает лучше понять, как животные адаптируются к изменениям, что крайне важно в условиях современного кризиса биоразнообразия. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Бабочки-итомины, обитающие в Центральной и Южной Америке, могут быть индикаторами биоразнообразия в неотропиках, одном из самых богатых видами регионов мира. Они известны мимикрией: многие виды подражают друг другу, демонстрируя хищникам сходные яркие предупреждающие окраски, сигнализирующие об их токсичности (из-за накопления алкалоидов из растений). Однако именно это внешнее сходство, в сочетании с феноменально быстрым возникновением множества новых видов (эволюционной радиацией) за последние 1,5 миллиона лет, осложняло работу ученых, пытающихся различить виды и понять их родственные связи. Традиционные методы, такие как ДНК-баркодинг (который фокусируется на одном гене митохондриальной ДНК), часто давали неверные или противоречивые результаты, потому что не могли учесть сложные процессы наподобие гибридизации и обмена генами, а также хромосомные перестройки.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые провели масштабное геномное исследование. Они секвенировали геномы 244 особей бабочек, собранных в 11 странах от Панамы до Бразилии, включая редкие музейные образцы. Для точного анализа хромосом авторы создали 10 высококачественных референсных геномов с использованием передовых технологий длинного прочтения PacBio и метода Hi-C, позволяющего изучать трехмерную структуру хромосом. Филогенетические деревья строили, анализируя сотни тысяч позиций в ядерной ДНК и полные последовательности митохондриальных геномов. Дополнительно команда детально изучила состав половых феромонов — химических веществ, выделяемых самцами и играющих ключевую роль в распознавании партнеров своего вида, — у 92 особей, используя газовую хроматографию и масс-спектрометрию. Сравнение геномных последовательностей между видами позволило точно картировать многочисленные хромосомные перестройки.
Генетический анализ подтвердил, что шесть подвидов на самом деле являются самостоятельными видами. Кроме того, исследователи обнаружили свидетельства давней гибридизации, сыгравшей важную роль в быстром видообразовании. Например вид Mec. messenoides несет две совершенно разные митохондриальные линии: одна родственна Mec. menapis, а другая — кладе polymnia-lysimnia, что указывает на смешанное происхождение. Одним из главных факторов столь быстрой скорости видообразования оказались хромосомные перестройки: число хромосом у изучаемых видов варьировало от 13 до 30 (вместо 31, как у большинства бабочек), а между близкородственными видами было найдено от 3 до 47 слияний, разрывов или случаев транслокации участков хромосом. Эти перестройки накладывают ограничения на скрещивания: потомство от родителей с разными кариотипами часто оказывается стерильным, так как хромосомы не могут правильно выстроиться при образовании половых клеток. Как следствие, бабочки выработали тонкий механизм распознавания «совместимых» партнеров. Кэролайн Баке из Университета Икиам в Эквадоре рассказала: «Эти бабочки защищают друг друга от хищников, демонстрируя схожие цветовые узоры, и, производя разные феромоны, могут успешно находить партнеров и размножаться». Действительно, химический анализ показал, что «букеты» феромонов у самцов близких видов, таких как Mec. nesaea, Mec. lysimnia и Mec. polymnia, статистически значимо различаются.
Это исследование имеет фундаментальное значение для понимания эволюции в богатых видами регионах. Оно демонстрирует, как сочетание факторов — быстрые хромосомные изменения, ускоряющие накопление репродуктивной изоляции в географически разделенных популяциях (например, по разные стороны Анд), и гибридизация, обогащающая генофонд новыми вариантами, — может приводить к видообразованию. Практически, работа меняет подходы к мониторингу биоразнообразия: она доказывает, что ДНК-баркодинг часто не позволяет в полной мере оценить реальное число видов в таких сложных группах, а визуальная идентификация требует поддержки со стороны молекулярных методов. Десять опубликованных референсных геномов станут бесценным инструментом для отслеживания и сохранения уязвимых популяций этих бабочек в Амазонии и других местообитаниях. Джоана Майер из Института Сэнгера отметила: «Мы переживаем настоящий кризис видового разнообразия, и понимание того, как новые виды эволюционируют, и, в ряде случаев, эволюционируют быстро, важно для их сохранения». Дальнейшие исследования могут быть сосредоточены на том, почему именно у итомиин так часто происходят хромосомные перестройки, и как именно феромоны и хромосомная совместимость координируются для обеспечения точной репродуктивной изоляции между видами.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
