Биологи МГУ в составе международной команды исследователей изучили генетические взаимоотношения двух видов ежей из рода Erinaceus (ежи обыкновенные) — собственно обыкновенного ежа (E. europaeus) и южного ежа (E. roumanicus) в контактных зонах. Работа позволила прояснить роль гибридизации и интрогрессии в эволюционной истории этих видов. Исследование проходило при поддержке гранта РФФИ (20-04-00081a), его результаты опубликованы в журнале Heredity.
Распространение обыкновенного и южного ежей и зоны контакта их ареалов. Каждая круговая диаграмма представляет собой одну особь, а доля каждого цвета в ней — это представленность в геноме данной особи выявленных генетических линий. Белой звездочкой отмечена особь без следов интрогрессии в ядерном геноме, но с чужеродной мтДНК. Цветовое обозначение видов и генетических линий в их составе: два оттенка синего — пиренейская и апеннинская линии E. europaeus, красный и коричневый — азиатская и балканская линии E. roumanicus, соответственно, зеленый цвет — E. concolor, серым цветом показан ушастый еж Hemiechinus auritus в местах совместного обитания с E. concolor. Лиловым цветом выделены центрально-европейская и российско-балтийская контактные зоны. На фотографии справа – чистокровный южный еж E. roumanicus; слева – гибрид обыкновенного и южного ежей с фенотипом E. europaeus // Источник: Анна Банникова, биологический факультет МГУ
Гибридизация и интрогрессия сыграли важную роль в истории различных видов, включая диверсификацию родословных и эволюцию адаптивных признаков. Под этими терминами понимают скрещивание близких видов с переносом генетического материала в чужой геном, причем образующийся гибрид будет жизнеспособен и сможет дать потомство. Гибридизация может ускорить развитие репродуктивной изоляции между расходящимися видами, поэтому изучение вторичных контактных зон может принести понимание закономерностей формирования репродуктивных барьеров и, следовательно, механизмов видообразования. Репродуктивный барьер (репродуктивная изоляция) – механизмы, которые препятствуют притоку генов из вне или, проще говоря, скрещиванию разных особей. К ним относятся отличающиеся сроки размножения, брачное поведение, отдаленные друг от друга ареалы.
Пространственная изоляция популяций или же аллопатрическое видообразование — наиболее частый, но не единственный механизм образования новых видов. Если между популяциями, которые ранее эволюционировали аллопатрически, возникают вторичные контакты, то дальнейшие приспособительные процессы будут связаны с межвидовыми взаимодействиями. Современные исследования показывают, что большую роль в этом играют гибридизация и интрогрессия. Широкое распространение молекулярно-генетических методов существенно обогатило арсенал эволюционных биологов и сделало возможным изучение эволюционных процессов адаптации и видообразования в современных популяциях. Контактные зоны близких друг к другу видов служат ценным источником информации для подобных исследований.
В конце 2000-х зоологи МГУ обнаружили, что ежи Подмосковья — еж обыкновенный (Erinaceus europaeus) и еж южный (E. roumanicus) — несут в своих геномах следы гибридизации. Независимо от российских зоологов чешские учёные обнаружили подобных особей в Центральной Европе. Оказалось, что существуют две отдалённых друг от друга контактные зоны этих видов ежей: центрально-европейская и русско-балтийская. Международная команда учёных из России, Чехии, Испании, Германии и США решила их разносторонне сравнить.
«Интерес к проблеме взаимоотношения двух видов ежей в зонах контакта их ареалов возник в 2008 году, когда в Московской области мы нашли первых ежей со следами генетической интрогрессии. После этого мы стали генотипировать всех отловленных ежей и выяснили, что гибридизация между ними в восточно-европейской зоне симпатрии – не редкость, а почти рутинное явление. В русле этих исследований были даже выполнены две самостоятельные студенческие работы во время летней полевой практики на Звенигородской биологической станции МГУ, а в 2020 году вышла наша первая большая статья, посвященная гибридизации ежей в Московской области, — поясняет один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ Анна Банникова. — Группа чешских ученых вела независимые параллельные исследования ежей в центрально-европейской контактной зоне. Удивительно, но здесь не удалось обнаружить столь интенсивной гибридизации: поначалу нашли только 1-2-х потенциальных гибридов, в последующем ситуация несильно изменилась. Наконец, мы объединили усилия по изучению обеих контактных зон, и результатом явилась наша общая публикация в Heredity».
Ученые провели сканирование геномов обоих видов ежей методом RADseq. В результате были обнаружены тысячи однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), которые проанализировали для оценки генетических вариаций образцов и индивидуального генотипирования ежей. Это похоже на выявление ошибок, возникающее при многократном переписывании текста. Cравнение этих ошибок показывает, какая из копий появилась раньше.
Анализ SNP позволил сделать несколько заключений об эволюционной истории изученных ежей. По-видимому, обыкновенный ёж первым заселил Центральную Европу из рефугиумов (областей, на которых раньше обитали эти виды, но из-за неблагоприятных условий покинули в дальнейшем) ледникового периода Пиренейского и Апеннинского полуостровов. Южный ёж пережил последнее оледенение на Балканском полуострове, откуда позднее расселился в Центральную Европу. Тут между этими видами образовалась первая контактная зона. Во время расселения на восточно-европейскую часть ареала южный ёж, возможно, путем конкурентного исключения заменил обыкновенного в Балтийском регионе. Это может объяснить нынешний разрыв в распространении последнего на севере Балтики. Тогда сформировалась вторая контактная зона — русско-балтийская. Сравнение генетической структуры обоих видов в европейской части России указывает на недавнее появление здесь ежа обыкновенного по сравнению с южным, что подтверждается стабильной численностью последнего.
Так как взаимодействие двух видов в Центральной Европе, скорее всего, проходило дольше, за это время там могли сформироваться более сильные репродуктивные барьеры, чем в русско-балтийской области контакта. Расширение ареала обыкновенного ежа на северо-восток и дальнейшее формирование русско-балтийской зоны могли быть связаны с формированием области морского климата с высокими влажностью и облачностью, сильными ветрами, небольшими перепадами температур.
Ученые также обнаружили преобладание вклада южного ежа в общий генотип смешанных особей. Это предполагает варьирование репродуктивной изоляции в зависимости от направления скрещивания в гибридных зонах. Вероятно, существуют заметно различающиеся барьеры и, следовательно, различные способы поддержания границ видов в двух контактных зонах.
Так, для ежей характерно сложное брачное поведение: самец приходит на выделяемое самкой особое пахучее соединение – секрет с феромонами. После самец привлекает ее внимание фырканьем, а также «танцем» - кружением и перебежками. Если с каким-то из составляющих этого сложного этапа произойдет сбой, например, самка выделит не тот секрет или самец неправильно «станцует», то спаривания не произойдет.
«С моей точки зрения, наиболее интересный результат всей этой работы состоит в том, что взаимоотношения одних и тех же видов в разных зонах контакта их ареалов могут быть совершенно различными и определяются, вероятно, историей и временем формирования этих симпатрических зон. Кроме того, наша работа показывает, что морфологический облик видов обманчив в генеалогическом смысле: обыкновенный и южный (или дунайский) ежи, значительно различающиеся генетически, не имеют абсолютного морфологического хиатуса, а их гибриды могут принимать облик одного или другого вида», — подытожила Анна Банникова.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ имени М.В. Ломоносова
