Ящерицы гребенчатые анолисы давно заселили города на острове Пуэрто-Рико. А чтобы лучше удерживаться на стенах зданий и других искусственных поверхностях, они обзавелись более длинными конечностями, увеличенными подушечками пальцев и дополнительными пластинками на них. Популяции анолисов из разных городов острова приобрели эти признаки независимо друг от друга — однако, как установили зоологи, за их появление отвечали сходные генетические изменения. Иными словами, эволюция городских анолисов шла параллельно не только на фенотипическом, но и на генетическом уровне. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ящерицы-анолисы (Anolis) — яркий пример адаптивной радиации и конвергентной эволюции. Около 50 миллионов лет назад эти рептилии заселили Большие Антильские острова, после чего на каждом острове появился спектр видов, занимающих разные экологические ниши. Исследователи делят островных анолисов на шесть так называемых экоморф, представители которых населяют соответственно древесные кроны, тонкие ветви, верхнюю часть ствола, среднюю часть ствола, нижнюю часть ствола и землю, а также кустарники и заросли травы.
Эволюция анолисов на Больших Антильских островах продолжается и в наши дни. Правда, теперь этим ящерицам приходится приспосабливаться к последствиям человеческой деятельности. Например, несколько популяций гребенчатых анолисов (A. cristatellus), распространенных на Пуэрто-Рико и некоторых соседних островах, независимо друг от друга освоили города. Чтобы выжить в этой непривычной среде обитания, анолисы приобрели ряд новых признаков. Например, они выработали устойчивость к более теплому городскому климату. Кроме того, поскольку живущие по соседству с человеком анолисы обычно передвигаются по гладким искусственным поверхностям, для лучшего сцепления им пришлось обзавестись более длинными конечностями, адгезионными подушечками пальцев большей площади и дополнительным количеством пластинок-ламелл на них.
Команда зоологов под руководством Кристин Уинчелл (Kristin M. Winchell) из Нью-Йоркского университета решила разобраться в генетической подоплеке признаков, позволивших гребенчатым анолисам успешно колонизировать города. Для этого исследователи поймали в трех городах Пуэрто-Рико (Сан-Хуан, Аресибо и Маягуэс) и на трех лесных участках рядом с каждым из них 96 анолисов. У каждой особи измерили длину конечностей, а также вычислили площадь адгезионных подушечек и подсчитали число ламелл на них. Кроме того, у анолисов взяли образцы тканей для генетического анализа.
Исследователи обнаружили, что соседствующие городские и лесные популяции генетически ближе друг к другу, чем к городским и лесным популяциям с других концов острова. А особи в каждой из шести популяций генетически ближе друг к другу, чем к представителям соседствующей популяции или популяций с других участков. Полученные данные подтверждают, что гребенчатые анолисы независимо заселили каждый из трех городов.
Уинчелл и ее коллеги выявили у городских особей 91 однонуклеотидный полиморфизм, отличающий их от лесных сородичей и, вероятно, связанный с урбанизацией (это консервативная оценка, которая учитывает только варианты, находящиеся под сильным давлением отбора). Эти варианты сосредоточены на трех участках генома и соответствуют 33 генам. Таким образом, в разных городах отбор воздействует на одни и те же геномные регионы. При этом у анолисов из Сан-Хуана и Аресибо оказалось много общих генетических вариантов, предположительно связанных с городской жизнью. Судя по всему, это объясняется похожими условиями окружающей среды: в обоих городах прохладно, довольно сухо и много больших деревьев.
Авторам удалось установить функции некоторых из выявленных генов. Оказалось, что часть из них отвечают за воспалительные реакции, иммунитет и заживление ран. Поскольку городские анолисы чаще сталкиваются с травмами и паразитами, неудивительно, что они обзавелись генетическими вариантами, которые помогают меньше болеть и быстрее восстанавливаться. Другие гены участвуют в работе нервной системы, регулируют метаболизм, а также развитие и пигментацию кожи.
На следующем этапе исследователи с помощью полногеномного анализа выявили у гребенчатых анолисов 2908 генов, отвечающих за длину конечностей и строение пальцев (как уже упоминалось ранее, по этим признакам городские особи заметно отличаются от лесных). Дополнительный анализ позволил обнаружить 93 гена-кандидата, изменения в которых, вероятно, ответственны за формирование городского фенотипа лап и пальцев. Некоторые из них регулируют развитие сосудов и кожи, выработку кератина и коллагена и работу гладких мышц. При этом у человека и домовых мышей мутации в ряде этих генов вызывают патологии конечностей.
Гребенчатые анолисы из Сан-Хуана, Аресибо и Маягуэса независимо друг от друга приобрели удлиненные задние и передние конечности, более широкие подушечки пальцев и большее количество ламелл на них. Авторы выяснили, что за формирование этих признаков у особей их трех городов отвечают сходные генетические варианты. Таким образом, анолисы, принадлежащие к разным популяциям, независимо адаптировали свои конечности для городской жизни за счет похожих изменений генома. Эволюция у них шла параллельными путями не только на фенотипическом, но и на генетическом уровне. Вероятно, это связано с тем, что все исследованные анолисы относятся к одному виду, что повышает вероятность сходных изменений в геноме в ответ на близкие условия среды.
Ранее зоологи выяснили, что анолисы, обитающие на территориях, где часто происходят ураганы, имеют более крупные подушечки пальцев по сравнению со своими сородичами, которые живут в более спокойных районах. Данная особенность, вероятно, помогает ящерицам крепче держаться за растения во время сильных порывов ветра.