Hybrydyzacja może tworzyć nowe gatunki

Teoria ewolucji Darwina mówi, że specjacja – tworzenie nowych i odrębnych gatunków – odbywa się stopniowo na drodze zmienności genetycznej i doboru naturalnego najlepszych cech w walce o przetrwanie i rozmnażanie. Tradycyjnie uważano, że mechanizmem zmienności genetycznej jest mutacja DNA. Jednakże badania w ciągu ostatnich dziesięcioleci wykazały, że rekombinacja genetyczna, modyfikacja epigenetyczna i hybrydyzacja mogą mieć większe znaczenie niż mutacje w doprowadzaniu do zmienności genetycznej prowadzącej do nowych cech i gatunków (specjacja).

Rekombinacja genetyczna u eukariontów (organizmów posiadających komórki z jądrem) jest wymianą materiału genetycznego między chromosomami rodzicielskimi podczas produkcji gamet (mejoza). W wyniku tej wymiany powstają nowe kombinacje informacji genetycznej, które mogą prowadzić do pojawienia się u potomstwa cech różniących się od tych, które występują u któregokolwiek z rodziców. Modyfikacje epigenetyczne zachodzą w wyniku złożonej interakcji pomiędzy genomem a środowiskiem komórkowym, co prowadzi do zmian w rozwoju i różnicowaniu ekspresji genów. Niektóre z tych modyfikacji stają się zmianami dziedzicznymi, które nie są wynikiem zmian w sekwencji DNA, ale spowodowane są zmianami w sposobie regulacji ekspresji genów¹. Wiadomo, że hybrydyzacja gatunków występuje u roślin i niektórych zwierząt i polega na łączeniu informacji genetycznej dwóch organizmów różnych rodzajów, gatunków, ras lub odmian poprzez rozmnażanie płciowe.

Hybrydyzacja pomiędzy dwoma gatunkami lub rodzajami jest na ogół nieskuteczna, ale czasami może prowadzić do narodzenia się zdolnego do życia potomstwa. Ludzie od dawna próbują przez hybrydyzację tworzyć nowe gatunki zwierząt i roślin, a od początku XX wieku naukowcy przeprowadzili wiele eksperymentów, które zostały bogato udokumentowane w literaturze naukowej². Efekty hybrydyzacji w tworzeniu nowych odmian i gatunków roślin są od jakiegoś czasu znane, ale stają się coraz częściej rozpoznawane u zwierząt. Jednak rola hybrydyzacji w ewolucyjnym zróżnicowaniu zwierząt pozostaje niejasna, a kwestia tego, czy hybrydyzacja międzygatunkowa jest ważna jako mechanizm odpowiadający za różnorodność biologiczną jest przedmiotem kontrowersji³. Rośliny hybrydowe są stosunkowo powszechne, ale taksony zwierząt hybrydowych wydają się być stosunkowo rzadkie, chociaż osobniki hybrydowe są dość powszechne⁴. Efektem hybrydyzacji jest kilka gatunków zwierząt: niektóre ryby⁵, żaba⁶ i kilka jaszczurek⁷, jeden ssak morski (delfinek nadobny⁸) i kilka ptaków⁹. Amerykański wilk rudy może być hybrydą powstałą ze skrzyżowania kojota i wilka szarego.

Udokumentowano hybrydyzację u owadów, z wieloma przypadkami diploidalnych, biseksualnych gatunków pochodzenia hybrydowego, aczkolwiek niewiele z nich zostało dokładne zweryfikowanych¹⁰. Niedawne badanie pokazuje, że hybrydyzacja rzeczywiście może być przyczyną różnych odmian i gatunków niektórych owadów¹¹. Zespół badaczy pod kierownictwem Nathaniela Edelmana z Uniwersytetu Harvarda (USA) wraz z innymi badaczami z USA, Europy i Ameryki Południowej wykazał, że hybrydyzacja wydaje się być ważnym czynnikiem specjacji wśród grupy jaskrawo zabarwionych motyli z rodzaju Heliconius. Istnieje około 39 gatunków tych „długoskrzydłych” motyli i wszystkie one żyją w tropikalnych i subtropikalnych strefach Nowego Świata. Ich larwy żywią się pnączami passiflory i są znanymi przykładami źle smakujących owadów. W badaniu tym przeanalizowano genomy szesnastu gatunków Heliconius i porównano je z genomami dziewięciu gatunków z innych rodzajów. Wyniki pokazały, że wiele z tych gatunków ma w swojej historii hybrydyzację, która doprowadziła do powstania nowych kombinacji genów i nowych odmian motyli Heliconius.

Badanie to wskazuje, że naturalna hybrydyzacja może odgrywać znacznie większą rolę w szybkim powstawaniu odmian roślin i zwierząt niż uważano i że może zostać wpisana na listę znanych mechanizmów, które są odpowiedzialne za tworzenie się nowych gatunków znacznie szybciej niż można to wyjaśnić neodarwinowską propozycją mutacji i selekcji.

Przypisy:

1. Komentarz na temat dziedziczenia epigenetycznego można znaleźć tutaj: https://ewolucjamyslenia.pl/dziedzictwo-epigenetyczne-w-mikroewolucji/
2. Na przykład: Grant, V. 1966. The origin of a new species of Giliain a hybridization experiment. Genetics 54:1189-1199; Bullini, L. 1994. Origin and evolution of animal hybrid species, Trends in Ecology and Evolution 9(11):422-426; Genner, Martin J., Turner, George F. 2012. Ancient hybridization and phenotypic novelty within Lake Malawi’s cichlid fish radiation. Molecular Biology and Evolution 29(1):195–206, https://doi.org/10.1093/molbev/msr183. Whitney, K. D., Ahern, J. R., Campbell, L. G., Albert, L. P., King, M. S. 2010. Patterns of hybridization in plants. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics 12(3):175-182. Abbott, R., D. Albach, S. Ansell, and 36 authors. Hybridization and speciation. Journal of Evolutionary Biology 26(2013):229-246. https://doi.org/10.1111/j.1420-9101.2012.02599.x.
3. Dowling, T. E., Secor, C. L. 1997. The Role of hybridization and introgression in the diversification of animals Annual Review of Ecology and Systematics28:593-619, doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.28.1.593. Seehausen, O. 2004. Hybridization and adaptive radiation. Trends in Ecology and Evolution 19(4):198-207. Mallet, J. 2007. Hybrid speciation. Nature 446:279-283. https://doi.org/10.1038/nature05706.
4. Gray, AP. 1954. Mammalian Hybrids: A check-list with bibliography. Commonwealth Agricultural Bureaux; Gray, AP. 1958. Bird Hybrids: A checklist with bibliography. Alva, Scotland: Robert Cunningham and Sons.
5. Schlupp, I, R Riesch, M Tobler. 2007. Amazon mollies. Current Biology17(14):R536-537; doi:10.1016/j.cub.2007.05.012.
6. Christiansen, DG. Gamete types, sex determination and stable equilibria of all-hybrid popultaions of diploid and triploid edible frogs (Pelophylax esculentus). BMC Evolutionary Biology 2009:9:135. doi: 10.1186/1471-2148-9-135.
7. Cole, CH, HL Taylor, DP Baumann, P Baumann. 2014. Neaves’ whiptail lizard: The first known tetraploid parthenogenetic tetrapod (Reptilia: Squamata: Teiidae). Breviora39(1):1-20. https://doi.org/10.3099/MCZ171.
8. Amaral, A. R., Lovewell, G., Coelho, M. M., Amato, G., Rosenbaum, H. C. 2014. Hybrid speciation in a marine mammal: the clymene dolphin (Stenella clymene). PLOS ONE9(1): e83645. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0083645.
9. Lamichhaney, S., Han, F., Webster, M. T., Andersson, L., Grant, B. R., Grant, P. R. 2018. Rapid hybrid speciation in Darwin’s finches. Science359(6372):224–228. doi:10.1126/science.aao4593. PMID 29170277.
10. Dowling and Secor, 1997.
11. Edelman, N. B., Frandsen, P. B., Miyagi, M, Mallet. J., and 25 others. 2019. Genomic architecture and introgression shape a butterfly radiation. Science366:594-599. science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaw2090.