Перспективы отбора - Елена Наймарк

рис. 28.2. Генеалогия «больших птиц» от отца-основателя и его супруги до потомков в шестом поколении (F6). Квадратиками обозначены самцы, кружками — самки, n — число особей. По рисунку из Lamichhaney et al., 2018.

В течение тридцати последующих лет супруги Грант следили за судьбой пришельца и шести поколений его потомков. Почти у всех этих птиц удалось отсеквенировать полные геномы, что позволило построить точное генеалогическое дерево (рис. 28.2).

Залетный самец спарился с самкой G. fortis, затем один из их сыновей — с другой самкой G. fortis. Генофонд «больших птиц» состоит из генов только этих трех особей, потому что все их потомки в дальнейшем спаривались исключительно друг с другом. У всех особей, начиная с поколения F3, генетический вклад G. fortis составляет примерно 5/8, G. conirostris — 3/8.

Таким образом, потомство пришлого самца G. conirostris и двух самок G. fortis практически мгновенно стало репродуктивно изолированным от местных вьюрков. Обычно считается, что на формирование репродуктивной изоляции нужно гораздо больше времени. По мнению ученых, эндогамия (скрещивание только с себе подобными) возникла благодаря тому, что пришелец был самцом и принес с Эспаньолы свою песню, отличающуюся от местных напевов. Параметры песни у дарвиновых вьюрков передаются от отца к сыну не столько через гены, сколько путем культурного наследования (запечатления, или импринтинга). Что касается самок, то они, по-видимому, предпочитают спариваться с самцами, поющими так же, как их собственные отцы. Потомки пришельца выучили его песню — вот вам и готовый механизм репродуктивной изоляции. Правда, несовершенный: это следует хотя бы из того, что двух самок-основательниц не отпугнула незнакомая песня. Дополнительным изолирующим фактором, похоже, стала форма клюва (см. ниже).

Несмотря на высокий уровень инбридинга (как показывает рис. 28.2, все особи поколений F4—F6 являются потомками одной пары птиц, приходившихся друг другу братом и сестрой), новый вид неплохо прижился на острове. В 2010 году численность «больших птиц» достигла максимума — 36 особей, в том числе 8 размножающихся пар. В 2012 году, во время своего последнего визита, 76-летние супруги Грант насчитали на Дафне 23 особи «больших птиц» из четырех поколений (F3—F6), а размножающихся пар тоже 8.

Успех нового вида, скорее всего, связан с изменением пропорций клюва, от которых зависит способность вьюрков питаться различными семенами (см. Исследование № 27). Размер и форма клюва также влияют на выбор брачных партнеров: вьюрки предпочитают супругов с такими же клювами, как у родителей. Так что этот признак, по-видимому, внес вклад не только в адаптацию нового вида к определенной пище (трофической нише), но и в репродуктивную изоляцию.

По размеру тела «большие птицы» занимают промежуточное положение между G. fortis и G. conirostris, но относительный размер клюва у них больше, чем у обоих родительских видов. Естественный отбор способствовал увеличению вертикального размера (высоты основания) клюва у «больших птиц»: этот показатель рос из поколения в поколение, чего нельзя сказать о размере тела. Длина клюва при этом почти не увеличилась, так что в итоге клюв приобрел притупленную форму. Самое интересное, что по форме клюва «большие птицы» аккуратно вписались в свободный участок «морфологического пространства», не занятый другими живущими на Дафне вьюрками. Скорее всего, это означает, что им удалось занять какую-то свою экологическую нишу, минимизировав конкуренцию с другими видами.

Ученые отчасти разобрались в генетических основах изменений клюва у «больших птиц». Как выяснилось, в поколениях F4—F6 преобладает аллель L гена HMGA2, ассоциированный с крупным клювом: его частота составляет 61 % (см. Исследование № 27). Ген ALX1, влияющий на форму клюва, представлен у «больших птиц» двумя аллелями, B1 и B2, причем оба ассоциированы с притупленным клювом. При этом аллель B1 был унаследован от G. conirostris, а B2 — от G. fortis. У отца-основателя был генотип P/B1 (аллель P ассоциирован с заостренным клювом).

Итак, «большие птицы» не скрещиваются с родительским видом G. fortis — это наблюдаемый факт. Захотят ли они скрещиваться с другим родительским видом, G. conirostris с Эспаньолы, если встретятся с ним, — неизвестно, но исследователи думают, что вряд ли. Во-первых, у них разные клювы, а этот признак влияет на выбор половых партнеров. Во-вторых, песня, которую поют самцы «больших птиц», отличается от типичной песни G. conirostris. Предположительно, это связано с тем, что отец-основатель прибыл на Дафне в юном возрасте, когда его песня сформировалась еще не окончательно, и доучивал отдельные нюансы, прислушиваясь к местным самцам.

Исследование продемонстрировало важную роль редких случайных событий в видообразовании на островах. Одним из таких редких событий стал прилет самца G. conirostris с далекой Эспаньолы. Между прочим, если бы залетная особь оказалась самкой, новый вид не смог бы зародиться, потому что гибридное потомство выучило бы песню G. fortis — и гены чужестранки растворились бы в генофонде местного вида.

Важную роль в обособлении нового вида, вероятно, сыграл отбор на увеличение высоты клюва. Он привел к тому, что «большие птицы» заняли по морфологии клюва (и, предположительно, по пищевым возможностям и предпочтениям) промежуточное положение между G. fortis и G. magnirostris. Однако это промежуточное положение, скорее всего, не оказалось бы выигрышным, не защитило бы «больших птиц» от конкуренции с G. fortis и не позволило бы им нарастить свою численность в конце 2000-х, если бы не засуха 2004–2005 годов. Она истребила большеклювых представителей G. fortis и таким образом освободила кусочек экологического пространства, в котором оперативно размножились «большие птицы». Ну а засуха, в свою очередь, не истребила бы большеклювых G. fortis, если бы в 1982 году судьба не занесла на Дафне двух самок и трех самцов G. magnirostris, потомство которых в засушливое время лишило большеклювых G. fortis шансов выжить за счет крупных семян растения Tribulus cistoides (обо всех этих перипетиях рассказано выше; см. Исследование № 27). Похоже, ход эволюции зависит от множества случайностей — по крайней мере, если речь идет о маленьких популяциях на изолированных островах.

Итак, при удачном стечении обстоятельств гибридизация может порождать новые виды. Однако она способна приводить и к уменьшению разнообразия, когда один из видов полностью сливается с другим. И тут тоже важен контекст — те природные изменения, к которым вынуждены адаптироваться местные популяции. Подобную ситуацию удалось детально разобрать на примере дарвиновых вьюрков с острова Флореана Галапагосского архипелага. В конце XIX — начале XX века на этом острове обитало три вида древесных вьюрков: малый, большой и попугайный (самый крупный). Как выяснилось, к настоящему времени попугайный древесный вьюрок полностью вымер на острове, а большой интенсивно гибридизуется с малым, что в итоге может привести к полному слиянию двух видов. Вызвала этот процесс занесенная на остров в 1960-е годы паразитическая муха Philornis downsi, личинки которой поселяются в гнездах вьюрков и убивают птенцов. Крупные птицы страдают от паразита сильнее, чем мелкие, а межвидовые гибриды отличаются повышенной устойчивостью. В настоящее время крупные самки стараются выбирать себе мелких мужей (что и приводит к межвидовой гибридизации), а крупные самцы часто остаются бездетными. Гибридизация слабеет в засушливые годы и усиливается в дождливые, что совпадает с колебаниями численности паразитической мухи.