Ученые впервые выявили супергены ДНК, ускоряющие эволюцию

Ученые Кембриджского и Антверпенского университетов обнаружили генетический механизм, который может объяснить, как некоторые виды эволюционируют с необычайной скоростью. Речь идет о так называемых «перевернутых» участках ДНК — хромосомных инверсиях, которые помогают закреплять полезные признаки и ускоряют образование новых видов.

Работа опубликована в журнале Science.

Объектом исследования стали цихлиды из озера Малави — один из самых ярких примеров быстрой эволюции. В этом единственном водоеме возникло более 800 видов рыб, произошедших от общего предка, причем за относительно короткое время. При этом разные виды заняли совершенно разные экологические ниши: одни стали хищниками, другие питаются водорослями, планктоном или фильтруют песок — и все это в пределах одного озера.

Чтобы понять, как это стало возможным, ученые проанализировали ДНК более 1300 особей. Они обнаружили, что у некоторых видов крупные участки ДНК на нескольких хромосомах «перевернуты».

«Мы обнаружили, что у некоторых видов большие фрагменты ДНК на пяти хромосомах перевернуты — это мутация, известная как хромосомная инверсия», — объяснил соавтор работы, профессор Антверпенского университета Хеннес Свардал.

В норме при размножении происходит рекомбинация — обмен участками ДНК между родителями. Однако внутри таких инверсий этот процесс блокируется. В результате группы генов передаются как единое целое.

«Это похоже на набор инструментов, где самые полезные инструменты всегда идут вместе», — отметил первый автор исследования Мориц Блюмер из Кембриджского университета.

Такие связанные наборы генов называют «супергенами». Они позволяют сохранять удачные комбинации признаков — например, особенности зрения, поведения или слуха, — которые помогают организмам выживать в конкретной среде. Это особенно важно в условиях, где разные виды живут рядом и могут скрещиваться. Инверсии ограничивают смешивание ДНК и помогают сохранять различия между видами. Кроме того, ученые выяснили, что такие участки могут передаваться между видами при скрещивании вместе с целыми наборами адаптаций.

«Когда разные виды цихлид скрещиваются, инверсии могут передаваться целиком, вместе с признаками, важными для выживания», — пояснил Блюмер.

Исследователи также отмечают, что подобные механизмы встречаются не только у рыб.

«Хромосомные инверсии есть у многих животных, включая человека, и, по-видимому, играют важную роль в формировании биологического разнообразия», — подчеркнул профессор Кембриджского университета Ричард Дербин.

По мнению авторов, открытие приближает ученых к ответу на один из ключевых вопросов биологии — как возникает огромное разнообразие жизни на Земле и почему иногда этот процесс происходит так быстро.