Nowy artykuł w Science AdvancesHenrique V. Figueiró i in. (odnośnik poniżej) rozwiązuje problem spornej filogenezy (drzewa rodzinnego) pięciu gatunków dużych kotów: lwa, lamparta, jaguara, irbisa śnieżnego i tygrysa. W trakcie tych badań udało się odkryć ciekawą historię ewolucyjną.
Poprzednio drzewo rodzinne tej grupy wprowadzało nieco dezorientacji, ponieważ różne geny dawały różne filogenezy. Jest to normalne dla niedawno wyewoluowanych gatunków (specjacja w tej grupie nastąpiła w ciągu ostatnich 4,5 miliona lat), bo geny, które były zmienne u wspólnego przodka, mogły pozostać zmienne u potomków i zależnie od tego, na jaki gen patrzysz, możesz znaleźć filogenezy ewolucyjne, które w rzeczywistości są raczej historią samych genów niż historią posiadającego je gatunku. Istnieje jednak jeszcze jedna przyczyna dezorientujących filogenez i przejdziemy to niej za chwilę.
Figueiró i in. dokonali sekwencjonowania całych genomów tych gatunków, co nie jest trudne w dzisiejszych czasach i w oparciu o zgodne stosunki wszystkich genów doszli do tej filogenezy. Cyfry powyżej linii rozejścia się dają oszacowany czas, kiedy zaszło rozejście:
Koty afrykańskie są najbliżej spokrewnione z jaguarem (kotem południowoamerykańskim) oddzielającym się od przodka tygrysa i lwa około 3,6 miliona lat temu. Jak jest to jednak możliwe, skoro Afryka i Ameryka Południowa same rozdzieliły się ponad 150 milionów lat temu? Tak, zgadliście: jaguar wyewoluował w Eurazji i przeniósł się do Ameryki Południowej po przekroczeniu Ameryki Północnej. Jaguary żyły kiedyś w tym miejscu, które obecnie jest Anglią!
Koty azjatyckie – tygrys i irbis śnieżny – także są „gatunkami siostrzanymi” (swoimi najbliższymi krewnymi) po rozdzieleniu się około 3,5 miliona lat temu. (Drzewo jest „zakorzenione” przez użycie gatunku, który nie należał do grupy wielkich kotów: czyjegoś kocura z Missouri.)
Przez zbadanie, jak szybko ewoluowały sekwencje DNA w porównaniu do reszty genomu, każda gałąź Drzewa Wielkich Kotów pokazuje, która klasa genów ma członków poddanych „doborowi pozytywnemu” – genów szczególnie faworyzowanych przez silny dobór naturalny. Na przykład, jaguary i tygrysy wykazują ewolucję genów, o których wiadomo, że są zaangażowane w metabolizm białek i w węch; jaguary, które mają duże głowy w porównaniu do innych kotów, podlegały doborowi pozytywnemu genów zaangażowanych w „rozwój czaszkowy”.
Przez przyglądanie się sekwencjom genów i porównanie ich z modelami genetyki populacyjnej można także ocenić liczbę osobników w gatunku w różnych czasach w historii. Tutaj jest historia wielkich kotów i pokazuje dwa epizody redukcji populacji: jeden około 100-300 tysięcy lat temu i drugi między 10 a 20 tysięcy lat temu, być może związany z lodowaceniem. Historycznie rzecz biorąc, jaguary, mimo ich dużego dawniej zasięgu, wydają się mieć najniższy rozmiar populacji przeciętnie w czasie.
Jednym z uderzających odkryć tego badania jest stopień wymiany genetycznej między gałęziami, które już się rozdzieliły; to jest, między gatunkami. Podobnie jak ludzie i neandertalczycy, wielkie koty okazjonalnie wymieniały geny po tym, jak gatunki poszły oddzielnymi drogami ewolucyjnymi. Poniższa ilustracja pokazuje, które gałęzie wymieniały się genami:
W istocie ta wymiana genów między prastarymi gałęziami (niekoniecznie, na przykład, między żyjącymi lwami i jaguarami, ale między przodkami każdego z nich), prawdopodobnie spowodowała tak dezorientujące filogenezy. Jeśli patrzysz tylko na niedawną wymianę między przodkami obecnych lwów i jaguarów, wniosek byłby błędny: że lwy są bliżej spokrewnione z jaguarami niż z lampartami. Dlatego przy tworzeniu tych drzew ważne jest spojrzenie na wiele genów, nie zaś tylko kilka z nich.
Wreszcie, istnieje uderzający związek między wymianą genów między gatunkami a genami, które ewoluowały szybko drogą doboru naturalnego. Geny, które przechodziły między liniami rodowymi, a potem szybko ewoluowały po tych wymianach, obejmują geny, które wpływają na funkcje i rozwój mózgu, geny biorące udział we wzroście i kierowaniu aksonów powiązań nerwowych) oraz geny wpływające na nerwy wzrokowe. Autorzy sugerują, że znaczy to, że „introgresja” (geny przychodzące z hybrydyzacji z innym gatunkiem) jest użytecznym źródłem zmienności adaptacyjnej: rezerwuarem różnorodności, jaką może użyć dobór naturalny. (Jest to analogiczne do mutacji, która także wprowadza nowe warianty do genomu.)
Mam jednak inną interpretację: gen, który w taki lub inny sposób przychodzi od innego gatunku, może być przedmiotem szybkiego doboru, ponieważ nagle znajduje się w obcym genomie, do którego nie jest zaadaptowany i musi szybko zmienić się, żeby “pasować” do nowego genomu zamiast adaptować się do warunków środowiskowych. Ta pierwsza interpretacji wyraźnie zdarza się, jak widzimy w „introgresowych” genach motyli na kolor i wzór, które są używane po hybrydyzacji dla stworzenia nowych wzorów mimetycznych; ale nie widzę, dlaczego moja interpretacja nigdy nie miałaby być stosowna.
Tak czy inaczej, znamy obecnie historię ewolucyjną tej grupy dużych kotów (są bliżej spokrewnione ze sobą niż z jakimkolwiek innym gatunkiem kotowatych) i dowiedzieliśmy się, że wymiana genetyczna między odrębnymi gałęziami drzewa ewolucyjnego jest znaczniejsza – w tej i w innych grupach – niż kiedykolwiek spodziewaliśmy się.
h/t: Matthew Cobb
_______________
Figueiró, H. V., et al. (2017). Genome-wide signatures of complex introgression and adaptive evolution in the big cats. Science Advances 3(7). e1700299 DOI: 10.1126/sciadv.1700299
The complex evolution of the big cats
Why Evolution Is True, 30 lipca 2017
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
