Молекулярные механизмы генетической изоляции

Но в некоторых случаях спектр фрагментов ДНК внутри одного вида имеет небольшие отличия, к примеру, у хорошо известной лососевой рыбы гольца, распространенной от Северной Европы до Дальнего Востока, а также в Америке. Существуют две формы этого вида — жилая, т.е. пресноводная, и проходная — только заходящая в реки во время нереста. Везде, где есть обе формы (в реках Шпицбергена, на севере Евразии от Норвегии до Таймыра), их таксонопринты идентичны. Но в географически изолированных популяциях Восточной Сибири, где обитают только жилые гольцы, их ДНК уже отличается одним-двумя фрагментами. Это — гольцы из озера Лабынкыр, из озер Забайкалья и Чукотки, а также дальневосточный голец — мальма. Можно заключить, что в географически изолированных ареалах идет постепенное аллопатрическое видообразование [2].

Иное дело, если близкие виды обитают совместно — их таксонопринты отличаются довольно резко. Такие “спектры” различны, например, у живущих в Подмосковье обыкновенного и белогрудого ежей. Мало сходства и в наборе фрагментов ДНК двух видов гольцов, населяющих чукотское озеро Эльгыгытгын,— арктического гольца и малоротой палии, которая, кстати, и по морфологическим признакам отличается от прочих гольцов настолько, что ее выделили в отдельный род Salvethymus.

Все это приводит к мысли, что у симпатрических видов, обитающих совместно и, видимо, совместно возникших, дивергенция быстро проявляется в виде различий таксонопринтов. Но они остаются близкими или даже идентичными у аллопатрических видов, чьи ареалы разделены расстоянием. Хороший пример — американский бизон и европейский зубр. Они произошли от одного вида (Bison priscus), в свое время населявшего огромную территорию — от современной Британии до восточного берега Северной Америки. После того как материки разделились, потомки прежде единого вида накопили немало морфологических различий, но таксонопринты остались идентичными. Кстати, бизон и зубр свободно скрещиваются, и гибриды характеризуются гетерозисом — гибридной мощностью. Легко скрещиваются в неволе, а также на стыках мест обитания и дают плодовитое потомство горные бараны — европейский муфлон, переднеазиатский уриал и центральноазиатский архар, населяющие разные горные системы. Таксонопринты этих видов практически одинаковы [3]. Похоже, что такие виды генетически не изолированы, хотя имеют много различающихся морфологических черт, по которым систематики считают их самостоятельными.

Возникает естественный вопрос: для чего же в геноме существуют повторяющиеся последовательности, которые выявляются методом таксонопринтов? На наш взгляд, эти участки ДНК играют роль маркеров, т.е. распознают гены, которые должны включаться в действие в развивающейся зиготе. Запускают их регуляторные белки, имеющиеся в цитоплазме оплодотворенной яйцеклетки. В сперматозоидах цитоплазмы нет, поэтому нет и этих белков. Если такие фрагменты ДНК одинаковы или очень близки у отца и матери, отцовские и материнские хромосомы работают совместно, обеспечивая нормальное развитие зиготы.

А если различаются? Тогда регуляторные белки яйцеклетки с трудом узнают гены, привнесенные в нее спермием, и их работа оказывается заторможенной, зигота перестает развиваться, гибнет, и мы констатируем случай генетической межвидовой изоляции. Генетики хорошо знают так называемый материнский эффект, за счет которого отцовские гены разных видов или далеко разошедшихся разновидностей включаются в работу поздно или не включаются вообще. С точки зрения классической генетики — это нонсенс, ведь хромосомы обоих родителей равноправны.

Возможен относительно простой эксперимент для подтверждения материнского эффекта. Если в оплодотворенную яйцеклетку межвидового гибрида с помощью микроманипулятора ввести цитоплазму яйцеклетки отцовского вида, материнский эффект будет снят: регуляторные белки цитоплазмы отцовской линии активируют гены отцовского генома. Этим же способом можно стимулировать развитие межвидовых гибридов, которые обычно не возникают. Наконец, цитоплазмой яйцеклетки можно активировать исходные гены для получения клонированного зародыша из недифференцированной соматической клетки.

Рассмотренная изоляция — следствие работы специфического молекулярного механизма. Он свойствен организмам, размножающимся половым путем, причем только симпатрических видов с посткопуляционной изоляцией. Для разобщенных расстоянием видов такой механизм не нужен, его у них и не существует. Поэтому сходны или идентичны таксонопринты ДНК бизона и зубра, европейского и амурского ежей.

Другой механизм возникновения репродуктивного барьера у видов с прекопуляционной изоляцией, например у птиц. У них близкие виды имеют идентичные таксонопринты ДНК, им ни к чему разница между сигнальными последовательностями, поскольку самцы и самки разных видов просто не узнают друг друга и не скрещиваются.

Наша гипотеза о регуляторной функции повторов ДНК подтвердилась при изучении геномов тихоокеанских лососей (кеты, горбуши, нерки, чавычи, симы и кижуча) и форелей (камчатской микижи и американских стальноголового лосося, радужной форели и лосося Кларка). Таксонопринты разных видов четко различались [4,5].

Перейти на страницу:
1 2 3 4

Биологически мембраны

Важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни – нормальное функционирование биологических мембран. Мембраны – неотъемлемый компонент всех клеток.


Биологические ресурсы

Несколько поколений россиян выросло под бодрые звуки песни "Широка страна моя родная! Много в ней лесов, полей и рек. С тех пор и страна стала не такой широкой, как была, а что происходит с полями и реками - читатель этой книги уже знает. На очереди - сведения о растительном мире, в том числе и о лесах.

Стратегии эволюции и кислород

Испокон веков людей волновал вопрос, как возникли живой мир и они сами. Кажущаяся непостижимость происхождения организмов во всей их сложности и совершенстве неизменно толкала человечество к религии. Действительно, как можно, не прибегая к Создателю, объяснить появление живых существ во всем их необычайном разнообразии?.

Кембрийский парадокс

Примерно 530 миллионов лет назад, в начале кембрийской эпохи, на Земле произошло уникальное событие - внезапно, быстро и почти одновременно возникло множество новых биологических форм, ставших предшественниками важнейших типов современных организмов вплоть до человека.