controverse ca aceasta subliniază posibilitatea ca reputația proastă a hibrizilor naturali să nu fie pe deplin justificată. Din punct de vedere istoric, hibrizii au fost adesea asociați cu descendenții sterili sau improprii ai încrucișărilor dezadaptative (cum ar fi catârul, născut dintr-un cal feminin și un măgar mascul). Naturaliștii au privit în mod tradițional hibridizarea în sălbăticie ca un fel de întâmplare irelevantă, mai ales rară, fără sfârșit. Dacă hibrizii nu sunt viabili sau fertili sau obișnuiți, cum ar putea avea o influență mare asupra evoluției? Dar, pe măsură ce studiile genomice oferă noi perspective asupra modului în care evoluează speciile, biologii văd acum că, surprinzător de des, hibrizii joacă un rol vital în fortificarea speciilor și ajutându-le să preia gene utile de la rude apropiate.
pe scurt, împerecherile dezadaptative nu spun povestea completă a încrucișării. Transferul genetic care are loc între organisme în timp ce descendențele lor sunt divergente are o mână în apariția trăsăturilor adaptive și în crearea de noi specii cu totul. Potrivit lui Arnold, nu numai că este obișnuit ca speciile nou apărute să redobândească gene prin populații hibride, „dar este probabil cel mai comun mod de evoluție, indiferent dacă vorbim despre viruși, plante, bacterii sau animale.”
lei și tigri și jaguari, Oh!
cel mai recent, semnăturile de hibridizare au apărut în studii privind evoluția jaguarului. Într-o lucrare publicată luna trecută în Science Advances, o echipă de cercetători din instituții din șapte țări a examinat genomul celor cinci membri ai genului Panthera, adesea numiți „pisici mari”: lei, leoparzi, tigri, jaguari și leoparzi de zăpadă. Oamenii de știință au secvențiat pentru prima dată genomii Jaguarului și leopardului și i-au comparat cu genomii deja existenți pentru celelalte trei specii, găsind peste 13.000 de gene care au fost împărtășite în toate cele cinci. Aceste informații i-au ajutat să construiască un arbore filogenetic (în esență, un arbore genealogic pentru specii) pentru a descrie modul în care diferitele animale s-au despărțit de un strămoș comun cu aproximativ 4,6 milioane de ani în urmă.
unul dintre liderii grupului, Eduardo Eizirik, biolog și ecologist la Universitatea Pontificală Catolică din Rio Grande do Sul din Brazilia, și-a dedicat ultimii 15 ani studierii jaguarului. Pe măsură ce el și colegii săi i — au cartografiat genomul, l — au pieptănat pentru gene care ar fi putut fi responsabile de adaptări precum capul mare al animalului și maxilarul puternic, care probabil au evoluat pentru a găzdui o dietă de reptile blindate-permițând jaguarului să zdrobească pielea de aligator sau scoicile de broască țestoasă, de exemplu-după un eveniment de dispariție care a șters majoritatea prada mamiferelor mari.
unele dintre aceste adaptări, totuși, s-ar putea să nu fi provenit deloc din descendența jaguar. Echipa lui Eizirik a găsit dovezi ale multor încrucișări între diferitele specii Panthera. Într-un caz, două gene găsite în jaguar au indicat o hibridizare trecută cu leul, care ar fi avut loc după ce căile lor filogenetice s-au bifurcat. Ambele gene s-au dovedit a fi implicate în formarea nervului optic; Eizirik a speculat că genele au codificat o îmbunătățire a vederii de care jaguarii aveau nevoie sau ar putea exploata. Din orice motive, selecția naturală a favorizat genele leului, care au luat locul celor pe care jaguarul le-a avut inițial pentru acea trăsătură.
o astfel de hibridizare ilustrează de ce delimitarea grupului Eizirik a arborelui evolutiv Panthera este atât de remarcabilă. „Concluzia este că toate acestea au devenit mai complexe”, a spus Eizirik. „Speciile devin în cele din urmă separate, dar nu este la fel de imediată cum ar spune frecvent oamenii.”El a adăugat:” genomii pe care i-am studiat reflectă acest mozaic de istorii.”
conceptul de specie biologică
deși susținerea datelor la fel de detaliate și la fel de bine analizate ca Eizirik este rară, ideea de bază că hibridizarea contribuie la dezvoltarea speciilor nu este în niciun caz nouă. Biologii au știut încă din anii 1930 că hibridizarea apare frecvent la plante (este documentată în aproximativ 25% din speciile de plante cu flori din Marea Britanie) și joacă un rol important în evoluția lor. De fapt, a fost o pereche de botaniști care, în 1938, au inventat expresia „hibridizare introgresivă” sau introgresiune, pentru a descrie modelul de hibridizare și fluxul de gene pe care l-au văzut în studiile lor. Imaginați-vă membrii a două specii — să le numim A și B — care se încrucișează pentru a produce 50-50 de descendenți hibrizi cu părți egale de gene de la fiecare părinte. Apoi imaginați-vă acei hibrizi care se încrucișează înapoi pentru a se reproduce cu membrii speciei A și presupuneți că urmașii lor fac același lucru. Multe generații mai târziu, natura rămâne cu organisme din specia a ale căror genomi au păstrat câteva gene din specia B. studiile au demonstrat că acest proces ar putea produce și specii de plante complet noi.
dar speciile de animale păreau mai discrete, cel puțin pentru o vreme. Majoritatea zoologilor au susținut conceptul de specie biologică propus în 1942 de legendarul biolog Ernst Mayr, care a fost unul dintre arhitecții sintezei moderne, versiunea teoriei evoluției care a combinat selecția naturală a lui Darwin cu știința geneticii. Conceptul de specie biologică al lui Mayr s-a bazat pe izolarea reproductivă: o specie a fost definită ca o populație care nu a putut sau nu s-a reprodus cu alte populații. Chiar și atunci când excepțiile de la această regulă au început să apară în anii 1970, mulți biologi au considerat hibridizarea ca fiind prea rară pentru a fi importantă la animale. „Am avut o atitudine blinkered”, a spus James Mallet, un biolog evolutiv de la Universitatea Harvard. Astăzi, a adăugat el, spunând că astfel de hibridizări nu afectează reconstrucțiile istoriei evolutive sau „că acest lucru nu a fost util în evoluția adaptivă — asta nu mai poate fi susținut.”
acest lucru este valabil mai ales acum că instrumentele computaționale și genomice dovedesc cât de prolifică este introgresia — chiar și în propria noastră specie. Din 2009, studiile au arătat că în urmă cu aproximativ 50.000 până la 60.000 de ani, unii oameni moderni care se răspândeau din Africa s-au încrucișat cu Neanderthalienii; mai târziu au făcut acest lucru și cu un alt grup uman ancestral, Denisovanii. În ambele cazuri, copiii au continuat să se împerecheze cu alți oameni moderni, transmițând genele pe care le-au dobândit la noi. În prezent, cercetătorii estimează că unele populații au moștenit 1 până la 2% din ADN — ul lor de la Neanderthalieni și până la 6% din Denisovani-fracțiuni care se ridică la sute de gene.
în 2012, Mallet și colegii săi au arătat o cantitate mare de flux genetic între două specii hibridizante de fluture Heliconius. În anul următor, au stabilit că aproximativ 40% din genele dintr-o specie provin de la cealaltă. Echipa lui Mallet lucrează acum cu o altă pereche de specii de fluturi care își schimbă și mai mult genele: ceva de genul 98 la sută, a spus el. Doar restul de 2% din genom poartă informațiile care separă specia și reflectă traiectoria lor evolutivă „adevărată”. O estompare similară a liniilor de specii a fost deja găsită la țânțarii purtători de Malarie din genul Anopheles.
alte tipuri de organisme, de la pești și păsări la lupi și oi, experimentează și partea lor de introgresiune. „Granițele dintre specii sunt acum cunoscute a fi mai puțin rigide decât se credea anterior”, a spus Peter Grant, biolog evoluționist la Universitatea Princeton care, împreună cu colegul său biolog Princeton (și soția) Rosemary Grant, studiază evoluția cintezelor Gal Inktypagos de zeci de ani. „Reconstituirile filogenetice descriu modele asemănătoare copacilor ca și cum ar exista o barieră clară între specii care apare instantaneu și nu este niciodată încălcată. Acest lucru poate fi înșelător.”
Arnold a fost de acord. „Este o rețea de viață”, a spus el, ” mai degrabă decât un simplu arbore bifurcat al vieții.”Asta înseamnă, de asemenea, că este mai necesar ca niciodată să examinăm întregul genom, și nu doar genele selectate, pentru a înțelege relațiile evolutive ale unei specii și pentru a genera filogenia corectă. Și chiar și asta s-ar putea să nu fie suficient. „S-ar putea foarte bine”, a spus Mallet, ” că unele modele evolutive reale sunt încă complet irecuperabile.”
genele neliniștite se fac simțite
studiile genomice nu pot crea o imagine completă a mișcărilor introgresive ale genelor. Ori de câte ori o specie moștenește gene de la alta, rezultatul poate fi dăunător, neutru sau adaptativ. Selecția naturală tinde să elimine prima, deși unele dintre genele pe care le-am moștenit de la Neanderthalieni, de exemplu, pot fi implicate în tulburări precum diabetul, obezitatea sau depresia. Regiunile introgresate neutre derivă, astfel încât este posibil ca acestea să rămână în genom pentru perioade foarte lungi de timp fără a avea un efect observabil.
dar introgresiile benefice sunt cele care fascinează în mod deosebit cercetătorii. Luați din nou ADN-ul Neanderthal și Denisovan: aceste gene au permis oamenilor să se adapteze la împrejurimile dure ale unor locuri precum platoul Tibetan, protejându-le împotriva efectelor nocive ale altitudinilor mari și saturației scăzute de oxigen, care la nonlocali pot provoca accident vascular cerebral, avort spontan și alte riscuri pentru sănătate. Variantele de încrucișare cu oamenii arhaici au conferit, de asemenea, imunitate la anumite infecții și au făcut pigmentarea pielii și a părului mai potrivită pentru climele Eurasiatice.
fluturii lui Mallet, de asemenea, reflectă dovezi ale hibridizării adaptive, în special cu trăsături implicate în mimetism și evitarea prădătorilor. Cercetătorii au observat că, deși majoritatea speciilor Heliconius aveau o colorare și un model extrem de divergent al aripilor, unele aveau o asemănare izbitoare între ele. Cercetătorii au crezut că aceste specii au convergut independent asupra acestor trăsături, dar se pare că este doar parțial corect. Mallet și alții au descoperit că introgresia a fost, de asemenea, responsabilă. Același lucru este valabil și pentru cintezele Gal Centipagos: bucăți din genomul lor care controlează caracteristicile, inclusiv dimensiunea și forma ciocului, au fost împărtășite prin hibridizare. Încă o dată, evoluția paralelă nu poate explica totul.
pentru ca aceste efecte să apară, rata de hibridizare poate fi — și cel mai probabil este — foarte mică. Pentru fluturii hibridizați aproape în întregime de Mallet, „scurgerea ocazională a unei împerecheri hibride la fiecare 1.000 de împerecheri normale este suficientă pentru a omogeniza complet genele între specii”, a spus el. „Este destul de interesant.”
pe măsură ce aceste tipare de introgresiune au devenit din ce în ce mai predominante în literatura științifică, cercetătorii și-au propus să descopere consecințele evolutive. Acestea merg dincolo de faptul că speciația tinde să fie un proces mult mai gradual decât este adesea făcut să fie. „Diversificarea, adaptarea și evoluția adaptivă par să fie conduse destul de des de gene care se mișcă”, a spus Arnold.
cercetarea făcută de Eizirik și echipa sa face un caz convingător pentru acest lucru. În perioada în care au avut loc introgresiile genice pe care le-au analizat, se estimează că populațiile tuturor celor cinci specii Panthera au scăzut, probabil din cauza schimbărilor climatice. Cu cât o populație este mai mică, cu atât este mai mare probabilitatea ca o mutație dăunătoare să fie aplicată pe genomul său. Poate că fluxul de gene găsit între diferitele specii le-a salvat de la dispariție, oferind mutații adaptive și „patch-uri” pe cele dăunătoare. „Acest tip de infuzie de mutații genetice este atât de mare încât poate provoca o evoluție foarte rapidă”, a spus Arnold.
și procesul nu se termină cu accelerarea evoluției într-o singură specie. Introgresia adaptivă poate, la rândul său, să contribuie semnificativ la radiația adaptivă, un proces prin care o specie se diversifică rapid într-o mare varietate de tipuri, care apoi formează noi linii care continuă să se adapteze independent. Cazul manual poate fi găsit în marile lacuri din Africa de Est, care găzduiesc sute și sute de specii de cichlide, un tip de pește care s-a diversificat în explozii explozive (pe scara temporală evolutivă) de la strămoșii comuni, în mare parte ca răspuns la schimbările climatice și tectonice din mediul lor. Astăzi, cichlidele variază foarte mult ca formă, comportament și Ecologie — datorită în mare parte hibridizării introgresive.
biologii vor avea nevoie de mai mulți ani pentru a înțelege importanța deplină a hibridizării pentru evoluție. De exemplu, Arnold vrea să vadă investigații suplimentare, cum ar fi cele care au fost făcute pe cintezele din GAL — ul și lupii din Parcul Național Yellowstone: analize comportamentale, metabolice și de altă natură care vor dezvălui cât de mult din introgresie este adaptativă și cât de dăunătoare sau neutră-precum și dacă introgresiunea adaptivă afectează doar anumite tipuri de gene sau dacă acționează într-o manieră mai răspândită.
din păcate, pentru conservaționiști și alții provocați cu gestionarea diversității speciilor periclitate, absența unor răspunsuri satisfăcătoare ridică probleme mai imediate. Ele trebuie să cântărească adesea valoarea protejării populațiilor hibride sălbatice împotriva daunelor pe care hibrizii le pot face speciilor stabilite, inclusiv celor din care au apărut.
conservarea incertă a hibrizilor
un exemplu în acest sens: În anii 1950, o pereche de dealeri de momeală din California din Valea Salinas, încercând să-și extindă afacerea, au sărit într-o camionetă și au decolat în centrul Texasului și New Mexico. Au adus înapoi salamandre de tigru interzise, care ar putea crește la mai mult decât dublul dimensiunii Salamandrei de tigru native din California. Noile specii s-au dovedit rapid a fi bune pentru pescarii locali, dar rele pentru ecosistemul local: salamandrele introduse s-au împerecheat cu nativii, creând o rasă hibridă care ar putea depăși speciile sale părinte. Curând, Salamandra de tigru din California s-a trezit în pericol de a fi distrusă în întregime și rămâne o specie amenințată astăzi.