Skomplikowana ewolucja wielkich kotów

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