kontroverser som denne understreger muligheden for, at det dårlige ry for naturligt forekommende hybrider ikke er helt berettiget. Historisk set har hybrider ofte været forbundet med det sterile eller uegnede afkom af maladaptive krydsninger (såsom muldyr, født af en kvindelig hest og et mandligt æsel). Naturalister har traditionelt set hybridisering i naturen som en slags irrelevant, for det meste sjælden, blindgyde. Hvis hybrider ikke er levedygtige eller frugtbare eller almindelige, hvordan kunne de have stor indflydelse på evolutionen? Men da genomiske undersøgelser giver ny indsigt i, hvordan arter udvikler sig, ser biologer nu, at hybrider overraskende ofte spiller en afgørende rolle for at styrke arter og hjælpe dem med at påtage sig nyttige gener fra nære slægtninge.
kort sagt, maladaptive parringer fortæller ikke hele historien om interbreeding. Den genetiske overførsel, der finder sted mellem organismer, mens deres Slægter divergerer, har en hånd i fremkomsten af adaptive træk og i skabelsen af nye arter helt. Ifølge Arnold er det ikke kun almindeligt, at nyopståede arter genvinder gener gennem hybridpopulationer, “men det er nok den mest almindelige måde, hvorpå evolutionen fortsætter, uanset om du taler om vira, planter, bakterier eller dyr.”
løver og tigre og jaguarer, Åh min!
senest er signaturer af hybridisering dukket op i undersøgelser af jaguarens udvikling. I et papir, der blev offentliggjort i sidste måned i Science Advances, undersøgte et team af forskere fra institutioner, der spænder over syv lande, genomerne fra de fem medlemmer af Panthera-slægten, ofte kaldet de “store katte”: løver, leoparder, tigre, jaguarer og sneleoparder. Forskerne sekventerede jaguarens og leopardens genomer for første gang og sammenlignede dem med de allerede eksisterende genomer for de andre tre arter og fandt mere end 13.000 gener, der blev delt på tværs af alle fem. Disse oplysninger hjalp dem med at konstruere et fylogenetisk træ (i det væsentlige et stamtræ for arter) for at beskrive, hvordan de forskellige dyr divergerede fra en fælles forfader for cirka 4,6 millioner år siden.
en af gruppens ledere, Eduardo Eisirik, biolog og økolog ved det pavelige katolske universitet i Rio Grande do Sul i Brasilien, har dedikeret de sidste 15 år til at studere jaguaren. Da han og hans kolleger kortlagde dets genom, kæmmede de det for gener, der kunne have været ansvarlige for tilpasninger som dyrets store hoved og stærke kæbe, som sandsynligvis udviklede sig til at rumme en diæt af pansrede krybdyr — så jaguaren kunne knuse gennem alligatorhud eller skildpaddeskaller, for eksempel — efter en udryddelsesbegivenhed, der udslettede de fleste store pattedyrs bytte.
nogle af disse tilpasninger har dog muligvis slet ikke sin oprindelse i jaguar-slægten. Hans hold fandt beviser for mange krydsninger mellem de forskellige Panthera arter. I et tilfælde pegede to gener fundet i jaguaren på en tidligere hybridisering med løven, som ville have fundet sted, efter at deres fylogenetiske stier havde forked. Begge gener viste sig at være involveret i dannelsen af synsnerven; han spekulerede i, at generne kodede for en forbedring af synet, som jaguarerne havde brug for eller kunne udnytte. Af en eller anden grund favoriserede naturlig udvælgelse Løvens gener, som indtog stedet for dem, jaguaren oprindeligt havde for det træk.
sådan hybridisering illustrerer, hvorfor ESI-gruppens afgrænsning af Panthera evolutionære træ er så bemærkelsesværdig. “Den nederste linje er, at alt dette er blevet mere komplekst,” sagde han. “Arter bliver til sidst adskilt, men det er ikke så øjeblikkeligt, som folk ofte ville sige.”Han tilføjede:” de genomer, vi studerede, afspejlede denne mosaik af historier.”
det biologiske Artskoncept
selvom det er sjældent at understøtte data, der er så detaljerede og så grundigt analyseret som Eisirik, er den underliggende ide om, at hybridisering bidrager til artsudvikling, på ingen måde ny. Biologer har kendt siden 1930 ‘ erne, at hybridisering forekommer hyppigt i planter (det er dokumenteret i omkring 25 procent af blomstrende plantearter i Storbritannien alene) og spiller en vigtig rolle i deres udvikling. Faktisk var det et par botanikere, der i 1938 opfandt udtrykket “introgressiv hybridisering” eller introgression for at beskrive mønsteret af hybridisering og genstrømning, de så i deres studier. Forestil dig medlemmer af to arter — lad os kalde dem A og B — der krydser for at producere 50-50 hybridafkom med lige store andele af gener fra hver forælder. Forestil dig derefter de hybrider, der krydser tilbage for at opdrætte med medlemmer af Art A, og antage, at deres afkom gør det samme. Mange generationer senere, naturen er tilbage med organismer fra Art a, hvis genomer har bevaret et par gener fra Art B. undersøgelser har vist, at denne proces også kunne give helt nye plantearter.
men dyrearter syntes mere diskrete, i det mindste et stykke tid. De fleste dyrlæger støttede det biologiske artskoncept, der blev foreslået i 1942 af den legendariske biolog Ernst Mayr, som var en af arkitekterne for den moderne syntese, den version af evolutionsteorien, der kombinerede Darvins naturlige udvælgelse med videnskaben om genetik. Mayrs biologiske artskoncept var baseret på reproduktiv isolering: en art blev defineret som en population, der ikke kunne eller ikke ynglede med andre populationer. Selv når undtagelser fra denne regel begyndte at dukke op i 1970 ‘ erne, betragtede mange biologer hybridisering som for sjælden til at være vigtig hos dyr. “Vi havde en blinket holdning,” sagde James Mallet, en evolutionær biolog ved Harvard University. I dag tilføjede han og sagde, at sådanne hybridiseringer ikke påvirker rekonstruktioner af evolutionær historie eller “at dette ikke var nyttigt i adaptiv evolution — det er ikke længere holdbart.”
dette gælder især nu, hvor beregnings — og genomiske værktøjer viser, hvor produktiv introgression er-selv i vores egen art. Siden 2009 har undersøgelser afsløret, at for cirka 50.000 til 60.000 år siden blandede nogle moderne mennesker sig ud af Afrika med neandertalere; de gjorde det senere med en anden forfædres menneskelige gruppe, Denisovans, såvel. Børnene i begge tilfælde gik på at parre sig med andre moderne mennesker, passerer de gener, de erhvervede ned til os. På nuværende tidspunkt vurderer forskere, at nogle populationer har arvet 1 til 2 procent af deres DNA fra neandertalere og op til 6 procent af det fra Denisovans — fraktioner, der udgør hundreder af gener.
i 2012 viste Mallet og hans kolleger en stor mængde genstrømning mellem to hybridiserende arter af Heliconius sommerfugl. Det følgende år bestemte de, at cirka 40 procent af generne i den ene art var kommet fra den anden. Mallet ‘ s team arbejder nu med et andet par sommerfuglearter, der udveksler endnu flere af deres gener: noget som 98 procent, sagde han. Kun de resterende 2 procent af genomet bærer de oplysninger, der adskiller arten og afspejler deres “sande” evolutionære bane. En lignende sløring af artslinjer er allerede fundet i malaria-bærende myg af Anopheles-slægten.
andre typer organismer, fra fisk og fugle til ulve og får, oplever også deres andel af introgression. “Grænserne mellem arter er nu kendt for at være mindre stive end tidligere antaget,” sagde Peter Grant, en evolutionær biolog ved Princeton University, der sammen med sin kollega Princeton biolog (og kone) Rosemary Grant, har studeret udviklingen af Gal Reurpagos finches i årtier. “Fylogenetiske rekonstruktioner skildrer træagtige mønstre, som om der er en klar barriere mellem arter, der opstår øjeblikkeligt og aldrig brydes. Dette kan være vildledende.”
Arnold var enig. “Det er et spind af liv, “sagde han,” snarere end en simpel bifurcating livets træ.”Det betyder også, at det er mere nødvendigt end nogensinde før at undersøge hele genomet og ikke kun udvalgte gener for at forstå en arts evolutionære forhold og generere den korrekte fylogeni. Og selv det er måske ikke nok. “Det kan godt være, “sagde Mallet,” at nogle faktiske evolutionære mønstre stadig er fuldstændig uoprettelige.”
Restless gener gør sig følte
genomiske undersøgelser kan ikke skabe et komplet billede af genernes introgressive bevægelser. Når en art arver gener fra en anden, kan resultatet være enten skadeligt, neutralt eller adaptivt. Naturlig selektion har en tendens til at udrydde den første, selvom nogle af de gener, vi har arvet fra neandertalere, for eksempel kan være involveret i lidelser som diabetes, fedme eller depression. Neutrale introgresserede regioner driver, så det er muligt for dem at forblive i genomet i meget lange perioder uden at have en observerbar effekt.
men det er de gavnlige introgressioner, der især fascinerer forskere. Tag Neanderthal og DENISOVAN DNA igen: disse gener har gjort det muligt for folk at tilpasse sig de barske omgivelser på steder som det Tibetanske plateau og beskytte dem mod de skadelige virkninger af store højder og lav iltmætning, som I ikke-lokale kan forårsage slagtilfælde, spontanabort og andre sundhedsrisici. Varianter fra krydsning med arkaiske mennesker har også givet immunitet mod visse infektioner og gjort hud-og hårpigmentering mere velegnet til eurasiske klimaer.
Mallet ‘ s sommerfugle afspejler også tegn på adaptiv hybridisering, især med træk involveret i efterligning og rovdyrundgåelse. Forskere havde observeret, at selv om de fleste Heliconius-arter havde meget divergerende vingefarvning og mønster, havde nogle en slående lighed med hinanden. Forskerne mente, at disse arter uafhængigt havde konvergeret på disse træk, men det viser sig, at det kun er delvist korrekt. Mallet og andre har fundet ud af, at introgression også var ansvarlig. Det samme gælder for Gal Pristpagos finches: stykker af deres genomer, der styrer for funktioner, herunder næbstørrelse og form, blev delt gennem hybridisering. Endnu en gang kan parallel evolution ikke forklare alt.
for at disse virkninger kan forekomme, kan hybridiseringshastigheden være — og sandsynligvis er — meget lille. For Mallet ‘ s næsten helt hybridiserede sommerfugle er “lejlighedsvis trickle af en hybrid parring hver 1.000 normale parringer tilstrækkelig til fuldstændigt at homogenisere gener mellem arten,” sagde han. “Det er ret spændende.”
da disse introgressionsmønstre er blevet mere og mere dominerende i den videnskabelige litteratur, har forskere sat sig for at afdække deres evolutionære konsekvenser. Disse går ud over det faktum, at speciering har tendens til at være en meget mere gradvis proces, end den ofte er lavet til at være. “Diversificering, tilpasning og adaptiv udvikling synes virkelig at være drevet ganske ofte af gener, der bevæger sig rundt,” sagde Arnold.
den forskning, der er udført af Jesirik og hans team, gør en overbevisende sag for dette. Omkring det tidspunkt, hvor de genintrogressioner, de analyserede, fandt sted, anslås populationerne af alle fem Panthera-arter at være faldet, sandsynligvis på grund af klimaændringer. Jo mindre en population er, jo større er sandsynligheden for, at en skadelig mutation vil blive fastgjort til dens genom. Måske reddede genstrømmen mellem de forskellige arter dem fra udryddelse, hvilket gav adaptive mutationer og “patching” skadelige. “Denne form for infusion af genetiske mutationer er så stor, at den kan forårsage virkelig hurtig udvikling,” sagde Arnold.
og processen slutter ikke med at fremskynde udviklingen i en enkelt art. Adaptiv introgression kan igen bidrage væsentligt til adaptiv stråling, en proces, hvorved en art hurtigt diversificeres til en lang række typer, som derefter danner nye slægter, der fortsætter med at tilpasse sig uafhængigt. Lærebogssagen findes i de store søer i Østafrika, som er hjemsted for hundreder og atter hundreder af cichlidarter, en type fisk, der diversificerede sig i eksplosive bursts (på den evolutionære tidsskala) fra fælles forfædre, stort set som reaktion på klimatiske og tektoniske skift i deres miljø. I dag varierer cichlider meget i form, adfærd og Økologi — i vid udstrækning takket være introgressiv hybridisering.
biologer har brug for mange flere år for at forstå den fulde betydning af hybridisering for evolutionen. For eksempel, Arnold ønsker at se yderligere undersøgelser som dem, der er blevet gjort på finches i gal Larpagos og ulve i Gulsten Nationalpark: adfærdsmæssige, metaboliske og andre analyser, der vil afsløre, hvor meget af introgression er adaptiv, og hvor meget er skadelig eller neutral — samt om adaptiv introgression kun påvirker bestemte slags gener, eller hvis det virker på en mere udbredt måde.
desværre, for miljøforkæmpere og andre udfordret med at styre mangfoldigheden af truede arter, manglen på tilfredsstillende svar udgør mere umiddelbare problemer. De skal ofte afveje værdien af at beskytte vilde hybridpopulationer mod den skade, hybrider kan gøre for etablerede arter, inklusive dem, hvorfra de opstod.
den usikre bevarelse af hybrider
en sag i punkt: I 1950 ‘ erne hoppede et par californiske agnforhandlere fra Salinas Valley, der søgte at udvide deres forretning, ind i en pickup truck og tog afsted til det centrale London. De bragte spærrede tigersalamandere tilbage, som kunne vokse til mere end det dobbelte af Californiens indfødte tigersalamander. Den nye art viste sig hurtigt at være god for de lokale fiskere, men dårlig for det lokale økosystem: de introducerede salamandere parrede sig med de indfødte og skabte en hybrid race, der kunne udkonkurrere dens forældrearter. Snart befandt Californiens tiger salamander sig i fare for at blive udslettet helt, og det forbliver en truet art i dag.