Kontroverser som denne understreker muligheten for at det dårlige omdømmet til naturlig forekommende hybrider ikke er helt berettiget. Historisk har hybrider ofte vært assosiert med sterilt eller uegnet avkom av maladaptive kryssinger (som muldyr, født av en kvinnelig hest og et mannlig esel). Naturalister har tradisjonelt sett hybridisering i naturen som en slags irrelevant, for det meste sjelden, blindflukt. Hvis hybrider ikke er levedyktige eller fruktbare eller vanlige, hvordan kan de ha stor innflytelse på evolusjonen? Men som genomiske studier gir ny innsikt i hvordan arter utvikler seg, ser biologer nå at hybrider overraskende ofte spiller en viktig rolle i å styrke arter og hjelpe dem med å ta på seg nyttige gener fra nære slektninger.
kort sagt, maladaptive sammenkoblinger forteller ikke hele historien om kryssing. Den genetiske overføringen som foregår mellom organismer mens deres linjer divergerer, har en hånd i fremveksten av adaptive egenskaper og i etableringen av nye arter helt. Ifølge Arnold er det ikke bare vanlig at nyutviklede arter reacquire gener gjennom hybridpopulasjoner, «men det er sannsynligvis den vanligste måten evolusjonen fortsetter, enten du snakker om virus, planter, bakterier eller dyr.»
Løver Og Tigre og Jaguarer, Oh My!
Senest har signaturer av hybridisering dukket opp i studier på utviklingen av jaguar. I et papir publisert i Forrige måned I Science Advances, undersøkte et team av forskere fra institusjoner som spenner over syv land genomene til de fem medlemmene Av Panthera-slekten, ofte kalt» store katter»: løver, leoparder, tigre, jaguarer og snøleoparder. Forskerne sekvenserte genomene til jaguar og leopard for første gang og sammenlignet dem med de allerede eksisterende genomene for de andre tre artene, og fant mer enn 13.000 gener som ble delt over alle fem. Denne informasjonen hjalp dem med å konstruere et fylogenetisk tre (i hovedsak et slektstre for arter) for å beskrive hvordan de forskjellige dyrene divergerte fra en felles forfedre for omtrent 4, 6 millioner år siden.
En av gruppens ledere, Eduardo Eizirik, biolog og økolog ved Det Pavelige Katolske Universitetet I Rio Grande do sul I Brasil, har viet de siste 15 årene til å studere jaguaren. Som han og hans kolleger kartlagt sitt genom, de kjemmet det for gener som kunne ha vært ansvarlig for tilpasninger som dyrets store hode og sterk kjeve, som trolig utviklet seg til å imøtekomme en diett av pansrede reptiler — slik at jaguar å knuse gjennom alligator hud eller skilpadde skjell, for eksempel — etter en utryddelse hendelse som utryddet mest store pattedyr byttedyr.
Noen av disse tilpasningene kan imidlertid ikke ha sin opprinnelse i jaguar-linjen i det hele tatt. Eiziriks team fant bevis på mange kryssinger mellom De forskjellige Panthera-artene. I ett tilfelle pekte to gener funnet i jaguaren på en tidligere hybridisering med løven, som ville ha skjedd etter at deres fylogenetiske baner hadde forked. Begge genene viste seg å være involvert i optisk nervedannelse; Eizirik spekulerte i at genene kodet en forbedring i synet jaguarene trengte eller kunne utnytte. Uansett grunner favoriserte naturlig utvalg løvenes gener, som tok stedet for de jaguarene opprinnelig hadde for det trekket.
slik hybridisering illustrerer hvorfor Eizirik-gruppens avgrensning av Panthera evolusjonære treet er så bemerkelsesverdig. «Bunnlinjen er at dette har blitt mer komplekst,» Sa Eizirik. «Arter blir til slutt skilt, men det er ikke så umiddelbar som folk ofte ville si.»Han la til,» genomene vi studerte reflekterte denne mosaikken av historier.»
Det Biologiske Artsbegrepet
selv om støttende data så detaljert og så grundig analysert Som Eiziriks er sjeldne, er den underliggende ideen om at hybridisering bidrar til artsutvikling på ingen måte ny. Biologer har kjent siden 1930-tallet at hybridisering forekommer ofte i planter (det er dokumentert i ca 25 prosent av blomstrende plantearter i STORBRITANNIA alene) og spiller en viktig rolle i utviklingen. Faktisk var det et par botanikere som i 1938 laget uttrykket «introgressiv hybridisering» eller introgression for å beskrive mønsteret av hybridisering og genflyt de så i studiene. Tenk deg medlemmer av to arter-la oss kalle Dem A Og B-som krysser for å produsere 50-50 hybrid avkom med like store deler av gener fra hver forelder. Deretter ser du de hybrider som krysser tilbake for å avle med medlemmer Av art A, og antar at deres avkom gjør det samme. Mange generasjoner senere er naturen igjen med organismer fra art A hvis genomer har beholdt noen få gener fra art B. Studier har vist at denne prosessen også kan gi helt nye plantearter.
men dyrearter virket mer diskrete, i hvert fall for en stund. De fleste zoologer støttet det biologiske artsbegrepet som ble foreslått i 1942 av den legendariske biologen Ernst Mayr, som var en av arkitektene for den moderne syntesen, versjonen av evolusjonsteorien som kombinerte Darwins naturlige utvalg med vitenskapen om genetikk. Mayrs biologiske artsbegrep var basert på reproduktiv isolasjon: en art ble definert som en befolkning som ikke kunne eller ikke rase med andre populasjoner. Selv når unntak fra den regelen begynte å dukke opp på 1970-tallet, anså mange biologer hybridisering for å være for sjelden til å være viktig hos dyr. «Vi hadde en blinkered holdning,» Sa James Mallet, en evolusjonær biolog Ved Harvard University. I dag la han til og sa at slike hybridiseringer ikke påvirker rekonstruksjoner av evolusjonær historie eller » at dette ikke var nyttig i adaptiv evolusjon — det er ikke lenger holdbart.»
dette gjelder spesielt nå som beregnings-og genomiske verktøy viser hvor produktiv introgression er – selv i vår egen art. Siden 2009 har studier vist at ca 50.000 til 60.000 år siden, noen moderne mennesker sprer seg ut Av Afrika blandet Seg Med Neandertalere; de senere gjorde det med en annen forfedrenes menneskelige gruppe, Denisovans, så vel. Barna i begge tilfeller gikk på å parre seg med andre moderne mennesker, passerer gener de ervervet ned til oss. For tiden anslår forskere at noen populasjoner har arvet 1 til 2 prosent AV DERES DNA Fra Neanderthals, og opptil 6 prosent av DET fra Denisovans — fraksjoner som utgjør hundrevis av gener.
I 2012 Viste Mallet og hans kolleger en stor mengde genflyt mellom to hybridiserende arter Av Heliconius sommerfugl. Året etter bestemte de seg for at omtrent 40 prosent av genene i en art hadde kommet fra den andre. Mallets team jobber nå med et annet par sommerfuglarter som utveksler enda mer av sine gener: noe som 98 prosent, sa han. Bare de resterende 2 prosent av genomet bærer informasjonen som skiller arten og reflekterer deres «sanne» evolusjonære bane. En lignende uskarphet av artelinjer har allerede blitt funnet i malariabærende mygg Av anopheles-slekten.
Andre typer organismer, fra fisk og fugler til ulv og sau, opplever også sin andel av introgression. «Grensene mellom arter er nå kjent for å være mindre stive enn tidligere antatt,» Sa Peter Grant, en evolusjonær biolog Ved Princeton University som sammen med Sin Andre Princeton biolog (og kone) Rosemary Grant, har studert utviklingen Av Galá finker i flere tiår. «Fylogenetiske rekonstruksjoner skildrer treelike mønstre som om det er en klar barriere mellom arter som oppstår øyeblikkelig og aldri brytes. Dette kan være misvisende.»
Arnold enig. «Det er et nett av livet, «sa han,» i stedet for et enkelt bifurcating tre av livet.»Det betyr også at det er mer nødvendig enn noen gang før å undersøke hele genomet, og ikke bare utvalgte gener, for å forstå en arts evolusjonære relasjoner og generere riktig fylogeni. Og selv det er kanskje ikke nok. «Det kan godt være, «Sa Mallet,» at noen faktiske evolusjonære mønstre fortsatt er helt uopprettelige.»
Rastløse Gener Får Seg Til Å Føle Seg
Genomiske studier kan ikke skape et komplett bilde av genenes introgressive bevegelser. Når en art arver gener fra en annen, kan utfallet være enten skadelig, nøytral eller adaptiv. Naturlig utvalg har en tendens til å luke ut den første, selv om noen av genene vi har arvet Fra Neanderthals, for eksempel, kan være involvert i lidelser som diabetes, fedme eller depresjon. Nøytrale introgresserte regioner driver, så det er mulig for dem å forbli i genomet i svært lange perioder uten å ha en observerbar effekt.
Men det er de gunstige inngangene som spesielt fascinerer forskere. Ta Neanderthal OG Denisovan DNA igjen: disse genene har gjort det mulig for folk å tilpasse seg de harde omgivelsene på steder som Det Tibetanske platået, og beskytte dem mot de skadelige effektene av høye høyder og lav oksygenmetning, som i nonlocals kan forårsake slag, abort og andre helserisiko. Varianter fra kryssing med arkaiske mennesker har også gitt immunitet mot visse infeksjoner og gjort hud-og hårpigmentering mer egnet for Eurasiske klaser.
Mallets sommerfugler reflekterer også bevis på adaptiv hybridisering, spesielt med egenskaper som er involvert i etterligning og rovdyrunngåelse. Forskere hadde observert at selv om De Fleste Heliconius-arter hadde svært divergerende vingefarging og mønster, hadde noen en slående likhet med hverandre. Forskerne trodde at disse artene hadde uavhengig konvergert på disse egenskapene, men det viser seg at det bare er delvis riktig. Mallet og andre har funnet ut at introgression også var ansvarlig. Det samme gjelder For Galá finker: Deler av deres genomer som styrer for funksjoner, inkludert nebbstørrelse og form, ble delt gjennom hybridisering. Igjen, parallell evolusjon kan ikke forklare alt.
for at disse effektene skal oppstå, kan hybridiseringshastigheten være — og mest sannsynlig er-svært liten. For Mallet er nesten helt hybridiserte sommerfugler, » den sporadiske trickle av en hybrid parring hver 1000 normale parring er tilstrekkelig til å fullstendig homogenisere gener mellom artene,» sa han. «Det er ganske spennende.»
etter hvert som disse introgresjonsmønstrene har blitt mer og mer dominerende i den vitenskapelige litteraturen, har forskere satt ut for å avdekke deres evolusjonære konsekvenser. Disse går utover det faktum at spesiering har en tendens til å være en mye mer gradvis prosess enn det ofte er laget for å være. «Diversifisering, tilpasning og adaptiv evolusjon ser ut til å bli drevet ganske ofte av gener som beveger seg rundt,» Sa Arnold.
Forskningen Gjort Av Eizirik og hans team gjør en overbevisende sak for dette. Rundt den tiden da genintrogresjonene de analyserte skjedde, anslås populasjonene av alle fem Panthera-artene å ha gått ned, sannsynligvis på grunn av klimaendringer. Jo mindre en populasjon er, desto større er sannsynligheten for at en skadelig mutasjon vil bli festet til genomet. Kanskje genflyten som ble funnet mellom de forskjellige artene, reddet dem fra utryddelse, ga adaptive mutasjoner og» patching » skadelige. «Denne typen infusjon av genetiske mutasjoner er så stor at den kan forårsake virkelig rask utvikling,» Sa Arnold.
og prosessen slutter ikke med å øke evolusjonen i en enkelt art. Adaptiv introgression kan i sin tur bidra betydelig til adaptiv stråling, en prosess hvor en art raskt sprer seg til et stort utvalg av typer, som deretter danner nye linjer som fortsetter å tilpasse seg selvstendig. Læreboksaken finnes i de store innsjøene I Øst-Afrika, som er hjemsted for hundrevis på hundrevis av ciklider, en type fisk som varierte i eksplosive utbrudd (på evolusjonær tidsskala) fra vanlige forfedre, hovedsakelig som svar på klimatiske og tektoniske skift i deres miljø. I dag varierer ciklider mye i form, oppførsel og økologi — takket i stor grad til introgressiv hybridisering.
Biologer vil trenge mange flere år for å forstå den fulle betydningen av hybridisering til evolusjon. For Eksempel Vil Arnold se videre undersøkelser som de som har blitt gjort på finkene I Galá Og wolves Of Yellowstone National Park: atferdsmessige, metabolske og andre analyser som vil avsløre hvor mye introgression er adaptiv og hvor mye er skadelig eller nøytral — samt om adaptiv introgression bare påvirker bestemte typer gener, eller om det virker på en mer utbredt måte.
Dessverre, for naturvernere og andre utfordret med å håndtere mangfoldet av truet arter, fravær av tilfredsstillende svar utgjør mer umiddelbare problemer. De må ofte veie verdien av å beskytte ville hybridpopulasjoner mot skade hybrider kan gjøre for etablerte arter, inkludert de som de kom fra.
Usikker Bevaring Av Hybrider
et tilfelle i punkt: På 1950-tallet, Et Par california agn forhandlere Fra Salinas Valley, søker å utvide sin virksomhet, hoppet inn i en pickup lastebil og tok av til sentrale Texas og New Mexico. De brakte tilbake sperret tiger salamanders, som kunne vokse til mer enn dobbelt så stor Som Californias innfødte tiger salamander. Den nye arten viste seg raskt å være bra for de lokale fiskerne, men dårlig for det lokale økosystemet: de introduserte salamanderne parret seg med de innfødte, og skapte en hybrid rase som kunne utkonkurrere sin foreldreart. Snart Fant California tiger salamander seg i fare for å bli utryddet helt, og det er fortsatt en truet art i dag.