tämänkaltaiset kiistat korostavat sitä mahdollisuutta, että luonnossa esiintyvien hybridien huono maine ei ole täysin perusteltu. Historiallisesti risteymät on usein yhdistetty maladaptisten risteymien steriileihin tai huonokuntoisiin jälkeläisiin (kuten muuli, joka on syntynyt naarashevosesta ja uros aasista). Luonnontieteilijät ovat perinteisesti pitäneet luonnossa esiintyvää risteytystä eräänlaisena epäolennaisena, useimmiten harvinaisena umpikujana. Jos hybridit eivät ole elinkelpoisia, lisääntymiskykyisiä tai yleisiä, miten niillä voi olla paljon vaikutusta evoluutioon? Mutta kun genomitutkimukset antavat uutta tietoa siitä, miten lajit kehittyvät, biologit näkevät nyt, että yllättävän usein risteymillä on tärkeä rooli lajien linnoittamisessa ja niiden auttamisessa omaksumaan hyödyllisiä geenejä lähisukulaisilta.
lyhyesti sanottuna maladaptiset parittelut eivät kerro koko tarinaa risteytymisestä. Geneettisellä siirrolla, joka tapahtuu eliöiden välillä niiden sukujuurien eriytyessä, on osansa adaptiivisten piirteiden syntymisessä ja uusien lajien luomisessa kokonaan. Arnoldin mukaan ei ole vain tavallista, että uudet lajit saavat geenejä takaisin hybridipopulaatioiden kautta, ”mutta se on luultavasti yleisin tapa, jolla evoluutio etenee, puhuttiinpa sitten viruksista, kasveista, bakteereista tai eläimistä.”
Lions and Tigers and Jaguars, Oh My!
viimeisimpänä hybridisaation merkkejä on löytynyt jaguaarin evoluutiota käsittelevissä tutkimuksissa. Science Advances-tiedelehdessä viime kuussa julkaistussa artikkelissa tutkijaryhmä seitsemän maata kattavista laitoksista tutki viiden Panthera-suvun jäsenen, joita kutsutaan usein ”isoiksi kissoiksi”: leijoniksi, leopardeiksi, tiikereiksi, jaguaareiksi ja lumileopardeiksi. Tutkijat sekvensoivat jaguaarin ja leopardin genomit ensimmäistä kertaa ja vertasivat niitä kolmen muun lajin jo olemassa oleviin genomeihin löytäen yli 13 000 geeniä, jotka jaettiin kaikille viidelle. Tämä tieto auttoi heitä rakentamaan fylogeneettisen puun (pohjimmiltaan lajien sukupuu) kuvaamaan, miten eri eläimet erosivat yhteisestä esi-isästä noin 4,6 miljoonaa vuotta sitten.
yksi ryhmän johtajista, brasilialaisen Rio Grande do Sulin katolisen yliopiston biologi ja ekologi Eduardo Eizirik, on omistanut viimeiset 15 vuotta jaguaarin tutkimiselle. Kun hän ja hänen kollegansa kartoittivat sen perimää, he etsivät siitä geenejä, jotka olisivat voineet aiheuttaa muutoksia, kuten eläimen suuren pään ja vahvan leuan, jotka todennäköisesti kehittyivät niin, että niihin mahtui panssaroituja matelijoita — jolloin jaguaari pystyi murskaamaan alligaattorin nahan tai kilpikonnankuorien läpi — sen jälkeen, kun suurin osa suurista nisäkkäistä oli kuollut sukupuuttoon.
jotkin näistä adaptaatioista eivät kuitenkaan välttämättä ole lähtöisin jaguaarin sukujuurista lainkaan. Eizirikin ryhmä löysi todisteita monista risteytyksistä eri Panthera-lajien välillä. Eräässä tapauksessa kaksi jaguaarista löydettyä geeniä viittasivat aikaisempaan hybridisaatioon leijonan kanssa, joka olisi tapahtunut niiden fylogeneettisten polkujen haarauduttua. Molemmat geenit osoittautuivat osallisiksi näköhermon muodostumiseen; Eizirik arveli, että geenit koodasivat jaguaarien tarvitseman tai hyödyntämän näkökyvyn parantamisen. Olipa syy mikä tahansa, luonnonvalinta suosi leijonan geenejä, jotka korvasivat ne, jotka jaguaarilla alun perin oli tätä ominaisuutta varten.
tällainen hybridisaatio havainnollistaa, miksi Eizirikin ryhmän määrittely pantheran evoluutiopuusta on niin huomattava. ”Tärkeintä on, että tästä kaikesta on tullut monimutkaisempaa”, Eizirik sanoi. ”Lajit lopulta eroavat toisistaan, mutta se ei ole niin välitöntä kuin ihmiset usein sanovat. Hän lisäsi: ”tutkimamme genomit heijastivat tätä historian mosaiikkia.”
biologinen Lajikäsitys
vaikka niinkin yksityiskohtaisten ja perusteellisesti analysoitujen tietojen tukeminen kuin Eizirikin on harvinaista, taustalla oleva ajatus siitä, että hybridisaatio edistää lajien kehitystä, ei ole suinkaan uusi. Biologit ovat tienneet 1930-luvulta lähtien, että hybridisaatio esiintyy usein kasveissa (se on dokumentoitu noin 25 prosentissa kukkivista kasvilajeista yksin Britanniassa) ja sillä on tärkeä rooli niiden evoluutiossa. Itse asiassa se oli pari kasvitieteilijää, jotka vuonna 1938 keksivät lauseen ”introgressiivinen hybridisaatio” eli introgressio kuvaamaan hybridisaation ja geenivirran mallia, jonka he näkivät tutkimuksissaan. Kuvitelkaamme kahden lajin jäseniä – kutsutaan niitä A: ksi ja B: ksi — jotka risteytyvät tuottaakseen 50-50 hybridisukuista jälkeläistä, joilla on yhtä paljon geenejä kummaltakin vanhemmalta. Kuvittele sitten, että nämä risteymät risteytyvät takaisin risteytyäkseen A-lajin jäsenten kanssa, ja oleta, että niiden jälkeläiset tekevät samoin. Monta sukupolvea myöhemmin luontoon jää eliöitä lajista A, jonka genomit ovat säilyttäneet muutamia geenejä lajista B. tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä prosessi voisi tuottaa myös kokonaan uusia kasvilajeja.
mutta eläinlajit tuntuivat diskreetimmiltä, ainakin jonkin aikaa. Useimmat eläintieteilijät kannattivat legendaarisen biologin Ernst Mayrin vuonna 1942 ehdottamaa biologista lajikäsitystä, joka oli yksi modernin synteesin, evoluutioteorian version arkkitehdeista, joka yhdisti Darwinin luonnonvalinnan ja genetiikan tieteen. Mayrin biologinen lajikäsitys perustui lisääntymisterveyteen: lajiksi määriteltiin populaatio, joka ei voinut tai halunnut lisääntyä muiden populaatioiden kanssa. Vaikka poikkeuksia tähän sääntöön alkoi syntyä 1970-luvulla, monet biologit pitivät hybridisaatiota liian harvinaisena ollakseen tärkeä eläimillä. ”Meillä oli sokea asenne”, sanoi James Mallet, Harvardin yliopiston evoluutiobiologi. Tänään, hän lisäsi, sanomalla, että tällaiset hybridisaatiot eivät vaikuta rekonstruktioita evolutionaarisen historian tai ” että tämä ei ollut hyödyllinen Adaptiivinen evoluutio-se ei ole enää kestävä.”
tämä pitää erityisesti paikkansa nyt, kun laskennalliset ja genomiset työkalut todistavat, kuinka tuotteliasta introgressio on – jopa omassa lajissamme. Vuodesta 2009 lähtien tutkimukset ovat osoittaneet, että noin 50 000-60 000 vuotta sitten osa nykyihmisistä levittäytyi Afrikasta neandertalilaisten kanssa risteytyneinä; myöhemmin he tekivät niin myös toisen esi-isien ihmisryhmän, Denisovalaisten, kanssa. Molemmissa tapauksissa lapset jatkoivat paritteluaan muiden nykyihmisten kanssa ja siirsivät saamansa geenit meille. Tällä hetkellä tutkijat arvioivat, että jotkin populaatiot ovat perineet 1-2 prosenttia DNA: staan Neandertalilaisilta ja jopa 6 prosenttia Denisovanilaisilta — fraktioita, jotka muodostavat satoja geenejä.
vuonna 2012 Mallet kollegoineen osoitti suuren määrän geenivirtausta kahden heliconius-perhoslajin välillä. Seuraavana vuonna he selvittivät, että noin 40 prosenttia toisen lajin geeneistä oli tullut toiselta. Malletin tiimi työskentelee nyt toisen perhoslajiparin kanssa, joka vaihtaa vielä enemmän geenejään: jotain 98 prosenttia, hän sanoi. Vain loput 2 prosenttia perimästä kuljettaa tietoa, joka erottaa lajit ja heijastaa niiden ”todellista” evoluutiorataa. Vastaavanlaista lajirajojen hämärtymistä on jo havaittu malariaa kantavissa Anopheles-suvun hyttysissä.
myös muut eliöt kaloista ja linnuista susiin ja lampaisiin kokevat oman osansa häirinnästä. ”Lajien väliset rajat ovat tunnetusti nykyään vähemmän jäykät kuin aiemmin on luultu”, sanoi Princetonin yliopiston evoluutiobiologi Peter Grant, joka on tutkinut Galápagosseippojen evoluutiota yhdessä Princetonin biologin (ja vaimonsa) Rosemary Grantin kanssa vuosikymmenten ajan. ”Fylogeneettiset rekonstruktiot kuvaavat puiden kaltaisia kuvioita ikään kuin lajien välillä olisi selvä raja, joka nousee välittömästi eikä koskaan murru. Tämä voi olla harhaanjohtavaa.”
Arnold yhtyi. ”Se on elämän verkko”, hän sanoi, ” eikä yksinkertainen elämän puu.”Se tarkoittaa myös, että on tärkeämpää kuin koskaan ennen tutkia koko genomi, eikä vain valittuja geenejä, ymmärtää lajin evoluutiosuhteita ja tuottaa oikea fylogenia. Sekään ei välttämättä riitä. ”Saattaa hyvinkin olla”, Mallet sanoi, ” että jotkin todelliset evoluutiomallit ovat vielä täysin peruuttamattomia.”
Levottomat geenit saavat itsensä tuntumaan
Genomitutkimukset eivät voi luoda täydellistä kuvaa geenien introgressiivisistä liikkeistä. Aina kun laji perii geenejä toiselta, lopputulos voi olla joko haitallinen, neutraali tai Adaptiivinen. Luonnonvalinta pyrkii kitkemään ensimmäisen pois, vaikka esimerkiksi jotkin Neandertalilaisilta perimämme geenit voivat liittyä esimerkiksi diabetekseen, lihavuuteen tai masennukseen. Neutraalit alueet ajelehtivat, joten ne voivat pysyä genomissa pitkiä aikoja ilman havaittavaa vaikutusta.
, mutta juuri hyödylliset introganssit kiehtovat tutkijoita erityisesti. Tarkastelkaamme vielä neandertalinihmisen ja Denisovanin DNA: ta: näiden geenien ansiosta ihmiset ovat sopeutuneet Tiibetin ylängön kaltaisten alueiden ankaraan ympäristöön ja suojelleet heitä korkeilta korkeuksilta ja vähäisestä happisaturaatiosta johtuvilta haitallisilta vaikutuksilta, jotka voivat muualla kuin paikallisilla aiheuttaa aivoinfarktin, keskenmenon ja muita terveysriskejä. Arkaaisten ihmisten kanssa risteyttämisen muunnokset ovat myös antaneet immuniteetin tietyille infektioille ja tehneet ihon ja hiusten pigmentoinnista sopivampaa Euraasian ilmastolle.
Malletin perhoset heijastavat myös todisteita adaptiivisesta risteytymisestä, erityisesti piirteitä, jotka liittyvät matkimiseen ja saalistajien välttelyyn. Tutkijat olivat havainneet, että vaikka useimmilla Heliconius-lajeilla oli hyvin erilaiset siipien väritykset ja kuvioinnit, jotkin lajit muistuttivat silmiinpistävästi toisiaan. Tutkijat uskoivat, että nämä lajit olivat itsenäisesti lähentyneet näitä piirteitä, mutta kävi ilmi, että se on vain osittain oikein. Mallet ja muut ovat havainneet, että myös introgressio oli syypää. Sama pätee Galápagos-peippoihin: niiden genomien osia, jotka säätelevät ominaisuuksia, kuten nokan kokoa ja muotoa, jaettiin hybridisaation kautta. Rinnakkainen evoluutio ei voi selittää kaikkea.
näiden vaikutusten esiintyessä hybridisaation nopeus voi olla — ja todennäköisesti on-hyvin pieni. Malletin lähes täysin hybridisoituneille perhosille ”yhden risteymän satunnainen valuminen 1000 normaalin parittelun välein riittää täysin homogeenistamaan geenit lajien välillä”, hän sanoi. ”Se on aika jännittävää.”
näiden introgression muotojen tullessa yhä hallitsevammiksi tieteellisessä kirjallisuudessa tutkijat ovat ryhtyneet selvittämään niiden evolutiivisia seurauksia. Nämä menevät pidemmälle kuin se, että lajiutuminen on yleensä paljon asteittaisempi prosessi kuin se on usein tehty olla. ”Monipuolistumista, sopeutumista ja adaptiivista evoluutiota todella näyttävät ajavan aika usein geenit liikkuvat”, Arnold sanoi.
eizirikin ja hänen tiiminsä tekemä tutkimus on vakuuttava peruste tälle. Samoihin aikoihin, kun heidän analysoimansa geenimuunnokset tapahtuivat, kaikkien viiden Panthera-lajin populaatioiden arvioidaan pienentyneen, todennäköisesti ilmastonmuutoksen vuoksi. Mitä pienempi populaatio on, sitä suurempi todennäköisyys on, että haitallinen mutaatio kiinnittyy sen genomiin. Ehkä eri lajien välillä havaittu geenivirta sitten pelasti ne sukupuutolta tarjoten adaptiivisia mutaatioita ja” paikkaavia ” vahingollisia. ”Tällainen geneettisten mutaatioiden infuusio on niin suuri, että se voi aiheuttaa todella nopean evoluution”, Arnold sanoi.
eikä prosessi pääty evoluution nopeuttamiseen yksittäisessä lajissa. Adaptiivinen introgressio voi puolestaan edistää merkittävästi adaptiivista säteilyä, prosessia, jossa yksi laji monipuolistuu nopeasti monenlaisiksi tyypeiksi, jotka sitten muodostavat uusia sukuja, jotka sopeutuvat edelleen itsenäisesti. Oppikirjamainen tapaus löytyy Itä-Afrikan suurista järvistä, joissa elää satoja ja taas satoja cichlid-lajeja, kalalaji, joka vaihteli räjähdysmäisissä purkauksissa (evolutionaarisella aikajänteellä) yhteisistä esivanhemmista suureksi osaksi vastauksena ilmastollisiin ja tektonisiin muutoksiin ympäristössään. Nykyään sichlidit vaihtelevat suuresti muodoltaan, käyttäytymiseltään ja ekologialtaan — suurelta osin introgressiivisen hybridisaation ansiosta.
biologit tarvitsevat vielä monta vuotta ymmärtääkseen hybridisaation täyden merkityksen evoluutiolle. Esimerkiksi Arnold haluaa nähdä lisää tutkimuksia, kuten ne, jotka on tehty Galápagossaarten peipoilla ja Yellowstonen kansallispuiston susilla: käyttäytymiseen, aineenvaihduntaan ja muihin analyyseihin, jotka paljastavat, kuinka paljon introgressio on adaptiivista ja kuinka paljon on haitallista tai neutraalia — sekä vaikuttaako Adaptiivinen introgressio vain tietyntyyppisiin geeneihin vai vaikuttaako se laajemmin.
valitettavasti luonnonsuojelijoille ja muille uhanalaisten lajien monimuotoisuuden hallitsemisen kanssa kamppaileville tyydyttävien vastausten puuttuminen aiheuttaa välittömämpiä ongelmia. Niiden on usein punnittava luonnonvaraisten hybridipopulaatioiden suojelun arvoa siltä vahingolta, jota hybridit voivat aiheuttaa vakiintuneille lajeille, myös niille, joista ne ovat syntyneet.
Risteymien epävarma säilyminen
esimerkki: 1950-luvulla Salinasin laaksosta kotoisin olleet kalifornialaiset syöttikauppiaat, jotka pyrkivät laajentamaan liiketoimintaansa, hyppäsivät Avolava-autoon ja lähtivät Keski-Texasiin ja New Mexicoon. He toivat takaisin estettyjä tiikerisalamantereita, jotka saattoivat kasvaa yli kaksinkertaisiksi Kalifornian kotoperäiseen tiikerisalamanteriin verrattuna. Uusi laji osoittautui nopeasti hyväksi paikallisille kalastajille mutta huonoksi paikalliselle ekosysteemille: alueelle tuodut salamanterit pariutuivat alkuasukkaiden kanssa ja loivat hybridirodun, joka saattoi syrjäyttää emolajinsa. Kaliforniantiikerisalamanteri oli pian vaarassa hävitä kokonaan, ja se on edelleen uhanalainen laji.