Dwa gatunki dały zdolną do życia hybrydę, mimo że rozeszły się 150 milionów lat temu

Drugim gatunkiem jest wiosłonos amerykański (Polyodon spathula), członek rodziny Polyodontidae, jedyny żywy gatunek w tym rodzaju (wiosłonos chiński, Psephurus gladius, który jest innego rodzaju, został uznany za wymarły). Proszę zauważyć różną morfologię: “wiosło” na rybie poniżej, które używa do żerowania filtrowego (jesiotr rosyjski odżywia się skorupiakami, mięczakami i małymi rybami) oraz brak nierównych wypukłości na grzbiecie wiosłonosa. Różni się także kształt i lokalizacja płetw. Te gatunki mają uderzająco inną morfologię, zachowanie i, oczywiście, rozdziela je czas.

Jak dawno temu te dwa gatunki miały wspólnego przodka? Wspaniała witryna Timetree, która podaje czas rozejścia się wielu gatunków wyliczony na podstawie literatury (możesz przedstawić dowolna parę i na ogół dostaniesz odpowiedź), mówi, że średni czas rozejścia się wynosi 136 milionów lat, a oszacowany czas około 158 milionów lat. To bardzo dużo czasu! (Artykuł poniżej, oparty na nieco starszych danych, powiada, że czas rozejścia się był dłuższy: około 184 milionów lat.)   

Dla porównania, rozejście się między naszym gatunkiem a dydelfem wirginijskim zaszło około 160 milionów lat temu, a więc hybrydy jesiotra/wiosłonosa są odpowiednikiem pod względem czasu rozejścia się gatunków otrzymania zdolnej do życia hybrydy między człowiekiem a dydelfem!  

O hybrydyzacji piszą autorzy nowego artykułu w piśmie “Genes” (kliknij na link pod zrzutem z ekranu).

Wyniki pokrótce: podczas eksperymentu zaprojektowanego tak, by uzyskać potomstwo jesiotra rosyjskiego bez genów ojca („gynogeneza”) badacze dokonali kontrolnego skrzyżowania samicy jesiotra rosyjskiego z samcem wiosłonosa amerykańskiego (ikrę jesiotra włożono do roztworu rozcieńczonego płynu nasiennego wiosłonosa). We właściwym eksperymencie dokonano pięciu krzyżówek. Wykluło się 78-85% narybku i poziom przeżycia hybryd przez sześć miesięcy wynosił 49-68% - co jest porównywalne  do przeżycia w eksperymentach sztucznego zapłodnienia czystych gatunków.

Jedna komplikacja: jesiotry rosyjskie są “poliploidalne” tj., ich przodkowie przeszli pełne podwojenie genomów, mają więc cztery kopie każdego chromosomu (tj. są "tetraploidalne"). Większość współczesnych ryb jest w ten sposób poliploidalna. Jednak wiosłonosy oddzieliły się tak dawno temu, że są “diploidalne” tj., jak większość współczesnych gatunków kręgowców mają tylko dwie kopie każdego chromosomu.

Z powodu tej różnicy powstały dwa rodzaje hybryd. „Hybrydy SHB” były “triploidalne” z trzema zestawami każdego chromosomu: dwa z ikry jesiotra i jedno z nasienia wiosłonosa (w sumie około 165 chromosomów). Otrzymali także “pentaploidalne” hybrydy, nazwane LH, wynikające z fuzji ikry jesiotra, która miała pełen zestaw matczynych chromosomów plus jeden zestaw chromosomów wiosłonosa (w sumie około 300 chromosomów).

Można zobaczyć te dwa typy hybryd poniżej. (a) jest jesiotrem rosyjskim , a reszta (podpis jest trochę niepewny) pokazuje hybrydy bez zdjęcia samego wiosłonosa). (c) jest hybrydą LH z pełnym genomem jesiotra (cztery kopie każdego chromosomu) i połową genomu wiosłonosa. Dlatego wygląda głównie jesiotrowato z kawałkiem wiosła z przodu.

(d) jest triploidalną hybrydą “LH”, która ma o połowę mniej genomu jesiotra niż (b). Dlatego wygląda bardziej wiosłonoso.  

Zakładam, że te ilustracje są poprawnie podpisane w artykule; może być jednak tak, że (b), niepodpisane w artykule, jest hybrydą SH,  (c) jest hybrydą LH (ma dłuższe „wiosło”), a (d) jest czystym wiosłonosem. Jeśli jest tam błąd w podpisach, powinien zostać poprawiony.

Tak czy inaczej, zadziwiające jest to, że powstały zdolne do życia i podobno pełne wigoru hybrydy. Czy są płodne? Nie podano żadnych danych, ale wątpię, biorąc pod uwagę różnicę w poziomie ploidalności między rodzicami: różna liczba chromosomów z każdego gatunku   wyczyni cyrki z mejozą – procesem zestawiania chromosomów w pary, koniecznym dla tworzenia jajeczek i plemników.

Niemniej, mimo 150 milionów życia osobno, te genomy nadal działały razem, by dać zdolne do życia i funkcjonujące osobniki. To jest po prostu zdumiewające; jak powiedziałem, to jakby otrzymać zdolnego do życia potomka człowieka i dydelfa. (Co za potworność by z tego wyszła: futerkowy antropoid z olbrzymimi zębami i chwytnym ogonem!)    

Jak jednak takie dawno rozdzielone gatunki mogą nadal mieć geny, które działają dość harmonijnie w jednym osobniku? No cóż, nie wiemy, ale istnieje kilka możliwości.

1.) Choć dwa gatunki rozeszły się dawno, funkcje ich genów mogły nie zmienić się zanadto, a więc nie zakłócają rozwoju. Innymi słowy, adaptacyjna ewolucja tych gatunków była powolna od czasu, kiedy miały wspólnego przodka. (To nie dotyczy niekodujących odcinków genomu, a dzięki temu oceniono olbrzymią rozpiętość w czasie tych gatunków.) Nie jestem zbyt skłonny uznać tę możliwość, ponieważ te ryby tak bardzo różnią się wyglądem i zachowaniem, i to w sposób, który wydaje się być adaptacyjny.  

2.) Gatunki mają “otwarty” system rozwojowy, który łatwiej toleruje błędy i dysonanse, kompensując je, by stworzyć funkcjonującego osobnika. Takie było wyjaśnienie tego, że zwierzęta takie jak żaby dają zdolne do życia hybrydy między gatunkami, które rozeszły się dawno, podczas gdy ssaki tego nie mogą robić. Jednak powiedzenie, że system rozwojowy jest “otwarty”, jest tylko innym sposobem powiedzenia, że “geny, które rozeszły się dawno, nadal funkcjonują razem”, a więc jest to trochę tautologiczne. Dla rzeczywistego sprawdzenia, czy poszczególne gatunki są bardziej tolerancyjne na zakłócenia, można spojrzeć na efekty mutacji w tych gatunkach, które zazwyczaj rujnują rozwój u ryb. Jeśli jesiotr i/lub wiosłonos mają mniej takich mutacji niż inne ryby, może to być jakaś wskazówka.    

3.) Poliploidalność w genomie jesiotra w jakiś sposób chroni rozwój przed zakłóceniami. To jest, posiadanie dwóch lub czterech kopi genomu jesiotra w jakiś sposób chroni hybrydy przed szkodliwymi efektami niezgodności genomów. Nie jestem pewien, jak to działa, ale może działa przez efekt “dawki”: jeśli masz pełną dawkę (co najmniej dwie kopie) genów jednego gatunku, możesz przezwyciężyć każdy efekt genów drugiego gatunku, które działają na rzecz „zatrucia” rozwoju.

No cóż, nie znamy odpowiedzi. Niezwykła jest odporność genomu i rozwój jaki powoduje w obliczu pradawnego rozejścia się. Pamiętajcie, to jest około 22 razy rozejścia czasowego między ludźmi i szympansami, a my nie możemy stworzyć hybrydy z szympansami (próbowano; patrz Ewolucja jest faktem).

Káldy, J., A. Mozsár, G. Fazekas, M. Farkas, D. L. Fazekas, G. L. Fazekas, K. Goda, Z. Gyöngy, B. Kovács, K. Semmens, M. Bercsényi, M. Molnár, and E. Patakiné Várkonyi. 2020. Hybridization of Russian Sturgeon (Acipenser gueldenstaedtii, Brandt and Ratzeberg, 1833) and American Paddlefish (Polyodon spathula, Walbaum 1792) and Evaluation of Their Progeny. Genes 11(7), 753; https://doi.org/10.3390/genes11070753

Two species produce viable hybrids even though they diverged 150 million years ago

Why Evolution Is True, 14 lipca 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska