az ehhez hasonló viták aláhúzzák annak lehetőségét, hogy a természetben előforduló hibridek rossz hírneve nem teljesen indokolt. Történelmileg a hibrideket gyakran összefüggésbe hozták a rosszul alkalmazkodó kereszteződések steril vagy alkalmatlan utódaival (például az öszvérrel, amely egy nőstény lótól és egy hím szamártól született). A természettudósok hagyományosan a vadon élő hibridizációt egyfajta irrelevánsnak tekintették, többnyire ritka, zsákutca. Ha a hibridek nem életképesek, termékenyek vagy gyakoriak, hogyan lehet nagy hatásuk az evolúcióra? De mivel a genomikai vizsgálatok új betekintést nyújtanak a fajok fejlődésébe, a biológusok most azt látják, hogy meglepően gyakran a hibridek létfontosságú szerepet játszanak a fajok megerősítésében és abban, hogy segítsék őket a közeli rokonoktól származó hasznos gének felvételében.
röviden, a rosszul alkalmazkodó párosítások nem mondják el a keresztezés teljes történetét. A genetikai transzfer, amely az organizmusok között zajlik, miközben a vonalaik eltérnek egymástól, szerepet játszik az adaptív tulajdonságok megjelenésében és az új fajok létrehozásában. Arnold szerint nemcsak az újonnan megjelenő Fajok hibrid populációkon keresztül nyerik vissza a géneket, “de valószínűleg ez az evolúció leggyakoribb módja, akár vírusokról, növényekről, baktériumokról vagy állatokról beszélünk.”
oroszlánok, tigrisek és jaguárok, Jaj nekem!
legutóbb a hibridizáció aláírásai megjelentek a jaguár evolúciójának tanulmányaiban. A Science Advances című szaklapban megjelent tanulmányukban hét ország kutatócsoportja vizsgálta a Panthera nemzetség öt tagjának genomját, amelyeket gyakran “nagymacskáknak” neveznek: oroszlánok, leopárdok, tigrisek, jaguárok és hóleopárdok. A tudósok először szekvenálták a jaguár és a leopárd genomját, és összehasonlították őket a másik három faj már létező genomjaival, és több mint 13 000 gént találtak, amelyek mind az ötben osztoztak. Ez az információ segített nekik egy filogenetikai fa (lényegében a fajok családfája) felépítésében annak leírására, hogy a különböző állatok hogyan különböztek el egy közös őstől körülbelül 4,6 millió évvel ezelőtt.
a csoport egyik vezetője, Eduardo Eizirik, a brazíliai Rio Grande do Sul Pápai Katolikus Egyetem biológusa és ökológusa az elmúlt 15 évet a jaguár tanulmányozásának szentelte. Ahogy ő és kollégái feltérképezték a genomját, átfésülték azokat a géneket, amelyek felelősek lehetnek az adaptációkért, mint például az állat nagy feje és erős állkapcsa, amely valószínűleg páncélozott hüllők étrendjének befogadására fejlődött ki — lehetővé téve a jaguár számára, hogy összetörje az aligátor bőrét vagy a teknőshéjat, például — egy kihalási esemény után, amely kiirtotta a legtöbb nagy emlős zsákmányt.
néhány ilyen adaptáció azonban egyáltalán nem a jaguar vonalból származik. Eizirik csapata bizonyítékot talált a különböző Panthera Fajok közötti sok kereszteződésre. Az egyik esetben a jaguárban található két gén rámutatott az Oroszlánnal való múltbeli hibridizációra, amely filogenetikai útjaik elágazása után következett volna be. Mindkét génről kiderült, hogy részt vesz a látóideg kialakulásában; Eizirik feltételezte, hogy a gének olyan látásjavulást kódoltak, amelyre a jaguároknak szükségük volt vagy ki tudták használni. Bármilyen okból is, a természetes szelekció előnyben részesítette az oroszlán génjeit, amelyek felváltották azokat, amelyek eredetileg a jaguárnak voltak erre a tulajdonságra.
az ilyen hibridizáció jól szemlélteti, miért olyan figyelemre méltó az Eizirik csoport által a Panthera evolúciós fa körülhatárolása. “A lényeg az, hogy ez mind összetettebbé vált” – mondta Eizirik. “A fajok végül elkülönülnek, de ez nem olyan azonnali, mint az emberek gyakran mondják.”Hozzátette:” Az általunk vizsgált genomok tükrözik a történetek mozaikját.”
a Biological Species Concept
bár az eizirikéhez hasonló részletes és alaposan elemzett adatok ritkák, az alapgondolat, miszerint a hibridizáció hozzájárul a fajok fejlődéséhez, egyáltalán nem új. A biológusok az 1930-as évek óta tudják, hogy a hibridizáció gyakran előfordul a növényekben (csak az Egyesült Királyságban a virágzó növényfajok körülbelül 25% – ánál dokumentálták), és fontos szerepet játszik fejlődésükben. Valójában egy botanikus pár volt az, aki 1938-ban megalkotta az “introgresszív hibridizáció” vagy introgresszió kifejezést, hogy leírja a hibridizáció és a génáramlás mintázatát, amelyet tanulmányaikban láttak. Képzeljük el, hogy két faj tagjai — nevezzük őket A-nak és B-nek-keresztezve 50-50 hibrid utódot hoznak létre, mindegyik szülőtől egyenlő génrészesedéssel. Ezután képzeljük el azokat a hibrideket, amelyek átkelnek, hogy az A faj tagjaival szaporodjanak, és feltételezzük, hogy utódaik ugyanezt teszik. Sok generációval később, a természet az a fajból származó organizmusokkal marad, amelyek genomjai megtartottak néhány gént a B fajból.
de az állatfajok diszkrétebbnek tűntek, legalábbis egy ideig. A legtöbb zoológus támogatta a legendás biológus, Ernst Mayr által 1942-ben javasolt biológiai fajkoncepciót, aki a modern szintézis egyik építésze volt, az evolúcióelmélet azon változata, amely Darwin természetes szelekcióját a genetika tudományával kombinálta. Mayr biológiai fajkoncepciója a reproduktív izoláción alapult: a fajt olyan populációként határozták meg, amely nem tudott vagy nem szaporodott más populációkkal. Még akkor is, amikor az 1970-es években kezdtek megjelenni a szabály alóli kivételek, sok biológus úgy vélte, hogy a hibridizáció túl ritka ahhoz, hogy fontos legyen az állatokban. “Szemellenzős hozzáállásunk volt” – mondta James Mallet, a Harvard Egyetem Evolúciós biológusa. Ma, hozzátette, mondván, hogy az ilyen hibridizációk nem befolyásolják az evolúciós történelem rekonstrukcióit, vagy “hogy ez nem volt hasznos az adaptív evolúcióban — ez már nem tartható fenn.”
ez különösen igaz most, hogy a számítógépes és genomikai eszközök bizonyítják, mennyire termékeny az introgresszió — még a saját fajunkban is. 2009 óta a tanulmányok kimutatták, hogy körülbelül 50 000-60 000 évvel ezelőtt néhány Afrikából terjedő modern ember keresztezte a neandervölgyieket; később ezt egy másik ősi emberi csoporttal, a Gyenyiszovaiakkal is megtették. A gyerekek mindkét esetben párosodtak más modern emberekkel, átadva nekünk a megszerzett géneket. Jelenleg a kutatók becslése szerint egyes populációk DNS — jének 1-2% – át a Neandervölgyiektől, legfeljebb 6% – át pedig a Gyenyiszovaiaktól örökölték-ezek a frakciók több száz gént tesznek ki.
2012-ben Mallet és kollégái nagy mennyiségű génáramlást mutattak a Heliconius pillangó két hibridizáló faja között. A következő évben megállapították, hogy az egyik faj génjeinek körülbelül 40% – a a másikból származik. Mallet csapata most egy másik pár pillangófajjal dolgozik, amelyek még több génjüket cserélik: valami hasonló 98 százalék, ő mondta. A genomnak csak a fennmaradó 2 százaléka hordozza azt az információt, amely elválasztja a fajt, és tükrözi a “valódi” evolúciós pályájukat. A fajvonalak hasonló elmosódását már megtalálták az Anopheles nemzetség maláriát hordozó szúnyogjaiban.
más élőlények, a halaktól és madaraktól a farkasokig és juhokig, szintén megtapasztalják a behatolásból való részüket. “A fajok közötti határok ma már kevésbé merevek, mint azt korábban gondolták” – mondta Peter Grant, a Princetoni Egyetem Evolúciós biológusa, aki Princetoni biológus társával (és feleségével), Rosemary Gran-nal együtt évtizedek óta tanulmányozza a Gal-pintyek evolúcióját. “A filogenetikai rekonstrukciók úgy ábrázolják a treelike mintákat, mintha egyértelmű akadály lenne a fajok között, amely azonnal felmerül, és soha nem törik át. Ez félrevezető lehet.”
Arnold egyetértett. “Ez az élet hálója-mondta -, nem pedig az élet egyszerű kettéágazó fája.”Ez azt is jelenti, hogy minden eddiginél nagyobb szükség van a teljes genom vizsgálatára, nem csak a kiválasztott génekre, hogy megértsük egy faj evolúciós kapcsolatait és létrehozzuk a megfelelő filogenitást. És talán ez sem lesz elég. “Könnyen lehet-mondta Mallet -, hogy egyes tényleges evolúciós minták még mindig teljesen helyrehozhatatlanok.”
a nyugtalan gének éreztetik magukat
a genomikai vizsgálatok nem tudnak teljes képet alkotni a gének introgresszív mozgásairól. Amikor az egyik faj géneket örököl a másiktól, az eredmény lehet káros, semleges vagy adaptív. A természetes szelekció hajlamos kiszűrni az elsőt, bár a Neandervölgyiektől örökölt gének egy része például olyan rendellenességekben is részt vehet, mint a cukorbetegség, az elhízás vagy a depresszió. A semleges introgresszált régiók sodródnak, így lehetséges, hogy nagyon hosszú ideig maradnak a genomban anélkül, hogy megfigyelhető hatásuk lenne.
de ez a jótékony introgresszió, amely különösen lenyűgözi a kutatókat. Vegyük újra a neandervölgyi és a gyenyiszovai DNS-t: ezek a gének lehetővé tették az emberek számára, hogy alkalmazkodjanak az olyan helyek zord környezetéhez, mint a Tibeti fennsík, megvédve őket a nagy magasság és az alacsony oxigéntelítettség káros hatásaitól, amelyek a nem helyiekben stroke-ot, vetélést és más egészségügyi kockázatokat okozhatnak. Az archaikus emberekkel való keresztezésből származó változatok immunitást biztosítottak bizonyos fertőzésekkel szemben, és a bőr és a haj pigmentációját alkalmasabbá tették az Eurázsiai éghajlatra.
Mallet pillangói is az adaptív hibridizáció bizonyítékait tükrözik, különösen a mimikri és a ragadozók elkerülésében szerepet játszó vonásokkal. A kutatók megfigyelték, hogy bár a legtöbb Heliconius faj szárnyának színe és mintázata nagyon eltérő volt, néhányuk feltűnő hasonlóságot mutatott egymással. A kutatók úgy vélték, hogy ezek a fajok egymástól függetlenül konvergáltak ezeken a tulajdonságokon, de kiderült, hogy ez csak részben helyes. Mallet és mások úgy találták, hogy az introgresszió is felelős. Ugyanez vonatkozik a Gal-Pintyekre is: genomjuk azon darabjait, amelyek a csőr méretét és alakját szabályozzák, hibridizáció útján osztották meg. A párhuzamos evolúció nem tud mindent megmagyarázni.
ahhoz, hogy ezek a hatások bekövetkezzenek, a hibridizáció sebessége nagyon kicsi lehet — és valószínűleg nagyon kicsi. Mallet szinte teljes egészében hibridizált pillangói számára “egy hibrid párzás alkalmanként 1000 normál párzáskor elegendő ahhoz, hogy a fajok közötti géneket teljesen homogenizálják” – mondta. “Ez nagyon izgalmas.”
mivel ezek az introgressziós minták egyre inkább dominálnak a tudományos irodalomban, a kutatók elkezdték feltárni evolúciós következményeiket. Ezek túlmutatnak azon a tényen, hogy a speciáció sokkal fokozatosabb folyamat, mint amilyennek gyakran állítják. “Úgy tűnik, hogy a diverzifikációt, az alkalmazkodást és az adaptív evolúciót gyakran a gének mozgatják” – mondta Arnold.
az Eizirik és csapata által végzett kutatás meggyőző érv erre. Körülbelül abban az időben, amikor az elemzett gén introgressziók bekövetkeztek, a becslések szerint mind az öt Panthera faj populációja csökkent, valószínűleg az éghajlatváltozás miatt. Minél kisebb egy populáció, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy egy káros mutáció bekerül a genomjába. Talán a különböző fajok közötti génáramlás megmentette őket a kihalástól, adaptív mutációkat biztosítva és” foltozva ” a károsakat. “A genetikai mutációk ilyen infúziója olyan nagy, hogy valóban gyors evolúciót okozhat” – mondta Arnold.
és a folyamat nem ér véget egyetlen faj evolúciójának felgyorsításával. Az adaptív introgresszió viszont jelentősen hozzájárulhat az adaptív sugárzáshoz, egy olyan folyamathoz, amelynek során az egyik faj gyorsan sokféle típusra diverzifikálódik, amelyek aztán új vonalakat alkotnak, amelyek továbbra is önállóan alkalmazkodnak. A tankönyves eset a kelet-afrikai nagy-tavakban található, amelyek több száz cichlid fajnak adnak otthont, egy olyan halfajnak, amely robbanásszerűen (az evolúciós időskálán) diverzifikálódott a közös ősöktől, nagyrészt a környezetük éghajlati és tektonikus eltolódásaira reagálva. Napjainkban a sügérek formája, viselkedése és ökológiája igen eltérő — nagyrészt az introgresszív hibridizációnak köszönhetően.
a biológusoknak még sok évre lesz szükségük ahhoz, hogy megértsék a hibridizáció teljes fontosságát az evolúció szempontjából. Például Arnold további vizsgálatokat szeretne látni, mint amilyeneket a Gal-Pintyeken és a Yellowstone Nemzeti Park farkasain végeztek: viselkedési, metabolikus és egyéb elemzéseket, amelyek feltárják, hogy az introgresszió mennyi adaptív és mennyi káros vagy semleges — valamint azt, hogy az adaptív introgresszió csak bizonyos génfajtákra hat-e, vagy szélesebb körben hat.
sajnos a természetvédők és mások számára, akik a veszélyeztetett fajok sokféleségének kezelésével küzdenek, a kielégítő válaszok hiánya azonnali problémákat vet fel. Gyakran mérlegelniük kell a vadon élő hibrid populációk védelmének értékét azon károkkal szemben, amelyeket a hibridek okozhatnak a letelepedett fajoknak, beleértve azokat is, amelyekből származnak.
a hibridek bizonytalan megőrzése
egy példa: Az 1950-es években egy pár Kaliforniai csali kereskedő a Salinas-völgyből, hogy bővítsék üzleti tevékenységüket, beugrottak egy kisteherautóba, és elindultak Közép-Texasba és Új-Mexikóba. Visszahozták a tiltott tigris szalamandrákat, amelyek több mint kétszeresére nőhetnek, mint a kaliforniai őshonos tigris szalamandra. Az új faj gyorsan jónak bizonyult a helyi halászok számára, de rossz a helyi ökoszisztéma számára: a bevezetett szalamandrák párosodtak az őslakosokkal, hibrid fajtát hozva létre, amely felülmúlhatja szülőfajait. A kaliforniai tigrisszalamandra hamarosan a teljes kiirtás veszélyével találta magát, és ma is veszélyeztetett faj.