Kontroverze jako je tento podtržítko možnost, že špatná pověst přirozeně se vyskytující hybridy, není zcela oprávněná. Historicky byly hybridy často spojovány se sterilními nebo nevhodnými potomky maladaptivních přechodů(jako je mezek, narozený z ženského koně a mužského osla). Přírodovědci tradičně vnímali hybridizaci ve volné přírodě jako druh irelevantní, většinou vzácné, slepé uličky. Pokud hybridy nejsou životaschopné, plodné nebo běžné, jak by mohly mít velký vliv na evoluci? Ale jak genomické studie poskytují nové poznatky o tom, jak se druhy vyvíjejí, biologové to nyní vidí, překvapivě často, hybridy hrají zásadní roli při opevňování druhů a pomáhají jim přijímat užitečné geny od blízkých příbuzných.
Stručně řečeno, maladaptivní párování nevypráví celý příběh křížení. Genetický přenos, ke kterému dochází mezi organismy, zatímco jejich linie se liší, má ruku ve vzniku adaptivních rysů a ve vytváření nových druhů. Podle Arnolda je nejen běžné, že nově vznikající druhy znovu získávají geny prostřednictvím hybridních populací, „ale je to pravděpodobně nejběžnější způsob vývoje, ať už mluvíme o virech, rostlinách, bakteriích nebo zvířatech.“
lvi a tygři a jaguáři, Ach můj!
v poslední době se ve studiích vývoje Jaguaru objevily podpisy hybridizace. V článku publikovaném minulý měsíc v Science Advances, tým výzkumníků z instituce zahrnující sedm zemí zkoumány genomy pěti členů rodu Panthera, často nazýván „velké kočky“: lvi, leopardi, tygři, jaguáři a sníh leopardů. Vědci sekvenují genomy jaguar a leopard poprvé a porovnali je s již existujícími geny pro další tři druhy, najít více než 13 000 genů, které byly společné napříč všemi pěti. Tyto informace jim pomohl sestrojit fylogenetický strom (v podstatě rodinný strom pro druhy) popsat, jak různá zvířata odchýlil od společného předka zhruba 4,6 milionu let.
jeden z vůdců skupiny, Eduardo Eizirik, biolog a ekolog na Papežské katolické univerzitě v Rio Grande do Sul v Brazílii, věnoval posledních 15 let studiu Jaguaru. Jak on a jeho kolegové zmapoval, oni česaná pro geny, které by mohly být zodpovědný za úpravy jako zvíře, velké hlavy a silné čelisti, které se pravděpodobně vyvíjela dietu obrněných plazů — umožňuje jaguar rozdrtit přes krokodýlí kůže nebo želví krunýře, například — po vyhynutí případě, že vyhladil většinu velkých savců kořist.
Některé z těchto úprav však nemusí mít původ v jaguar linie. Eizirikův tým našel důkazy o mnoha přechodech mezi různými druhy Panthera. V jednom případě dva geny nalezené v Jaguaru poukazovaly na minulou hybridizaci se lvem, ke které by došlo po rozvětvení jejich fylogenetických cest. Ukázalo se, že oba geny se podílejí na tvorbě zrakového nervu; Eizirik spekuloval, že geny kódovaly zlepšení vidění, které jaguáři potřebovali nebo mohli využít. Z jakýchkoli důvodů přirozený výběr upřednostňoval lví geny, které nahradily ty, které jaguar původně měl pro tuto vlastnost.
taková hybridizace ilustruje, proč je vymezení evolučního stromu Panthera skupinou Eizirik tak pozoruhodné. „Podstatné je, že se to všechno zkomplikovalo,“ řekl Eizirik. „Druhy se nakonec oddělí, ale není to tak okamžité, jak by lidé často říkali.“Dodal:“ genomy, které jsme studovali, odrážely tuto mozaiku dějin.“
koncept biologických druhů
ačkoli podpůrné údaje tak podrobné a důkladně analyzované jako Eizirikovy jsou vzácné, základní myšlenka, že hybridizace přispívá k rozvoji druhů, není v žádném případě nová. Biologové mají známé od roku 1930, že hybridizace se často vyskytuje v rostlinách (je to zdokumentováno v asi 25% druhů kvetoucích rostlin v samotné BRITÁNII) a hraje důležitou roli v jejich evoluci. Ve skutečnosti, to byla dvojice botaniků, kteří v roce 1938, razil frázi „introgressive hybridizace,“ nebo introgression, popsat vzor hybridizace a tok genů viděli v jejich studiu. Představte si členy dvou druhů — říkejme jim a a B — cross vyrábět 50-50 hybridní potomstvo s rovnými podíly genů od každého rodiče. Pak si představte, že tyto hybridy přecházejí zpět k chovu se členy druhu a, a předpokládejme, že jejich potomci dělají totéž. Mnoho generací později, příroda je ponechána s organismy z druhů, jejichž genomy byly zachovány pár genů z druhů, B. Studie prokázaly, že tento proces by mohl přinést zcela nové druhy rostlin, stejně.
ale živočišné druhy se zdály diskrétnější, alespoň na chvíli. Většina zoologů podporované biologických druhů koncept navržený v roce 1942 legendární biolog Ernst Mayr, který byl jedním z architektů moderní syntéza, verze evoluční teorie, která v kombinaci darwinův přírodní výběr s genetiku. Mayrova koncepce biologických druhů byla založena na reprodukční izolaci: druh byl definován jako populace, která se nemohla nebo nemohla množit s jinými populacemi. I když výjimky z tohoto pravidla začala vznikat v roce 1970, mnozí biologové za hybridizace být příliš vzácné, aby se důležité u zvířat. „Měli jsme zamrkaný postoj,“ řekl James Mallet, evoluční biolog na Harvardské univerzitě. Dnes, dodal, říká, že takové hybridizace neovlivňují rekonstrukce evoluční historie nebo “ že to nebylo užitečné v adaptivní evoluci — to už není udržitelné.“
to platí zejména nyní, když výpočetní a genomické nástroje dokazují, jak plodná je introgrese-dokonce i u našeho vlastního druhu. Od roku 2009 studie odhalily, že přibližně před 50 000 až 60 000 lety se někteří moderní lidé šířící se z Afriky křížili s neandrtálci; později tak učinili s jinou lidskou skupinou předků, Denisovany, také. Děti v obou případech pokračovaly v páření s jinými moderními lidmi a předávaly nám získané geny. V současné době, vědci odhadují, že některé populace zdědili 1 až 2 procenta své DNA od Neandertálců, a až 6 procent z Denisovany — zlomky této částky na stovky genů.
v roce 2012 ukázal Mallet a jeho kolegové velké množství toku genů mezi dvěma hybridizujícími druhy motýlů Heliconius. Následující rok zjistili, že přibližně 40 procent genů u jednoho druhu pocházelo od druhého. Malletův tým nyní pracuje s dalším párem druhů motýlů, které si vyměňují ještě více svých genů: něco jako 98 procent, řekl. Pouze zbývající 2 procenta genomu nesou informace, které oddělují druh a odrážejí jejich „pravou“ evoluční trajektorii. Podobné rozmazání druhových linií již bylo nalezeno u komárů rodu Anopheles nesoucích malárii.
i jiné druhy organismů, od ryb a ptáků po vlky a ovce, zažívají svůj podíl introgrese. „Hranice mezi druhy jsou nyní známo, že je méně přísný, než se dříve myslelo,“ řekl Peter Grant, evoluční biolog na Univerzitě v Princetonu, který, spolu s jeho kolegy z Princetonu biolog (a manželka) Rosemary Grantovi, studuje vývoj Galapážské pěnkavy po celá desetiletí. „Fylogenetické rekonstrukce zobrazují vzory stromů, jako by mezi druhy existovala jasná bariéra, která vzniká okamžitě a nikdy není porušena. To může být zavádějící.“
Arnold souhlasil. „Je to pavučina života, „řekl,“ spíše než jednoduchý rozdvojený strom života.“To také znamená, že je nutné více než kdy jindy, aby zkoumat celý genom, a ne jen vybrané geny, pochopit druh, evoluční vztahy a vytvořit správnou fylogeneze. A ani to nemusí stačit. „Může to být,“ řekl Mallet, “ že některé skutečné evoluční vzorce jsou stále zcela nedobytné.“
neklidné geny se cítí
genomické studie nemohou vytvořit úplný obraz introgresivních pohybů genů. Kdykoli jeden druh zdědí geny od druhého, výsledek může být buď škodlivý, neutrální nebo adaptivní. Přirozený výběr má tendenci vyřadit první, i když některé z genů, které jsme zdědili od neandrtálců, mohou být například zapojeny do poruch, jako je cukrovka, obezita nebo deprese. Neutrální introgressed regionů drift, takže je možné pro ně zůstat v genomu pro velmi dlouhou dobu bez nutnosti pozorovatelný účinek.
ale jsou to prospěšné introgrese, které zvláště fascinují vědce. Vezměte Neandrtálec a Denisovanské DNA znovu: Ty geny umožnily lidem, aby se přizpůsobily drsnému okolí místech, jako jsou Tibetské náhorní plošiny, chrání je před škodlivými účinky vysokých nadmořských výškách a nízká saturace kyslíku, což v nonlocals může způsobit mrtvici, potrat a další zdravotní rizika. Varianty křížení s archaickými lidmi také poskytly imunitu vůči určitým infekcím a učinily pigmentaci kůže a vlasů vhodnější pro Euroasijské podnebí.
Malletovi motýli také odrážejí důkazy adaptivní hybridizace, zejména s rysy zapojenými do mimikry a vyhýbání se dravcům. Vědci zjistili, že ačkoli většina druhů Heliconius měla velmi odlišné zbarvení a vzorování křídel, některé se navzájem nápadně podobaly. Vědci věřili, že tyto druhy se na těchto vlastnostech nezávisle sblížily, ale ukázalo se, že je to jen částečně správné. Mallet a další zjistili, že introgrese byla také zodpovědná. Totéž platí pro pěnkavy Galapagos: kousky jejich genomů, které kontrolují vlastnosti včetně velikosti a tvaru zobáku, byly sdíleny hybridizací. Opět platí, že paralelní evoluce nedokáže vysvětlit všechno.
aby se tyto účinky vyskytly, může být rychlost hybridizace — a s největší pravděpodobností je-velmi malá. Pro Paličkou je téměř výhradně křížený motýlů, „občasný pramínek jeden hybridní páření každých 1000 normální páření je dostatečná, aby zcela homogenizujte genů mezi druhy,“ řekl. „To je docela vzrušující.“
Jako tyto vzory introgression se staly více a více převládající v odborné literatuře, že vědci vydali odhalit jejich evoluční důsledky. Ty jdou nad rámec skutečnosti, že speciace má tendenci být mnohem postupnější proces, než je často se ukázalo být. „Diverzifikace, adaptace a adaptivní evoluce se opravdu zdá být poháněna poměrně často geny, které se pohybují kolem,“ řekl Arnold.
výzkum provedený Eizirikem a jeho týmem je pro to přesvědčivým argumentem. V době, kdy došlo k genovým introgresím, které analyzovali, se odhaduje, že populace všech pěti druhů Panthera klesly, pravděpodobně kvůli změnám klimatu. Čím menší je populace, tím větší je pravděpodobnost, že se škodlivá mutace připojí ke svému genomu. Možná, že tok genů nalezený mezi různými druhy je zachránil před vyhynutím, poskytoval adaptivní mutace a „opravoval“ škodlivé. „Tento druh infúze genetických mutací je tak velký, že může způsobit opravdu rychlý vývoj,“ řekl Arnold.
a proces nekončí urychlením evoluce u jediného druhu. Adaptivní introgrese může zase významně přispět k adaptivnímu záření, což je proces, kterým se jeden druh rychle diverzifikuje do široké škály typů, které pak tvoří nové linie, které se nadále přizpůsobují nezávisle. Učebnice případ lze nalézt v oblasti velkých jezer Východní Afriky, které jsou domovem pro stovky druhů cichlid, druh ryb, které diverzifikovaná výbušné výbuchy (v evolučním časovém měřítku) od společných předků, a to především v reakci na klimatické a tektonické posuny v jejich prostředí. Dnes se Cichlidy velmi liší ve formě, chování a ekologii – z velké části díky introgresivní hybridizaci.
biologové budou potřebovat mnoho dalších let, aby pochopili plný význam hybridizace pro evoluci. Například, Arnold chce vidět další šetření, jako ty, které byly provedeny na pěnkav na Galapágách a vlky Yellowstonský Národní Park: behaviorální, metabolické a další analýzy, které odhalí, jak moc introgression je adaptivní a jak moc je to škodlivé nebo neutrální — stejně jako to, zda adaptivní introgression ovlivňuje pouze určité druhy genů, nebo zda působí ve více rozšířené způsobem.
Bohužel, ochránci přírody a další úkol s řízením rozmanitosti ohrožených druhů, absence uspokojivé odpovědi představuje více bezprostřední problémy. Musí často vážit hodnotu ochrany volně žijících hybridní populace proti poškození hybridy mohou udělat, aby zavedených druhů, včetně těch, z nichž se objevil.
nejistá ochrana hybridů
: V roce 1950, pár z Kalifornie návnadu prodejců z Salinas Valley, kteří se snaží rozšířit své podnikání, skočil do náklaďáku a odvezli na centrální Texas a Nové Mexiko. Přivezli zamřížované tiger mloci, které by mohly růst na více než dvojnásobek velikosti Kalifornie nativní tiger salamander. Nové druhy rychle se ukázalo být dobré pro místní rybáře, ale ne pro místní ekosystém: představil mloci pářil s domorodci, vytváří hybridní plemeno, které by mohly být konkurenceschopnější než jeho rodičovských druhů. Brzy se Kalifornský tygří mlok ocitl v nebezpečí, že bude úplně zničen, a dnes zůstává ohroženým druhem.