Границы между видами в условиях меняющейся среды — один из фундаментальных вопросов эволюционной биологии. Сегодня он приобретает особую остроту: человек перестраивает местообитания, климат меняется, и виды, которые прежде существовали раздельно, вступают в контакт друг с другом.
Когда репродуктивная изоляция — барьеры, которые препятствуют обмену генами между близкородственными видами, — нарушается, начинается гибридизация. Так называют появление потомства от скрещивания разных видов.
Биологи хорошо знают: чтобы границы между видами сохранились, из генома гибридов должны исчезнуть участки, привнесенные от второго вида. Но оставалось неясным, насколько быстро такой процесс идет в природе и какие именно механизмы репродуктивной изоляции устраняют чужеродные фрагменты.
За ответ взялась группа исследователей из ведущих университетов Японии. Наблюдения за гибридной популяцией они вели девять лет — с момента разрушительного цунами, которое 11 марта 2011 года обрушилось на регион Тохоку. Волна, порожденная мощным землетрясением, кардинально изменила условия обитания на тихоокеанском побережье северо-восточной Японии. Город Оцути в префектуре Иватэ накрыла вода высотой более 10 метров.
Цунами и последовавший мощный отток перенесли морскую колюшку Gasterosteus nipponicus из моря на сушу, а пресноводную трехиглую колюшку Gasterosteus aculeatus — из верховий рек в новые пресноводные водоемы, образовавшиеся в центре города. Два близкородственных вида рыб встретились, что привело к межвидовой гибридизации.
Уже спустя год после катастрофы, в 2012 году, гибридами оказались 38% особей в выборке. Об этом рассказала статья, опубликованная в журнале Nature Ecology & Evolution.
Новая популяция обитала в пресных водах, поэтому доля геномных участков, унаследованных от морских колюшек, в последующие годы стремительно сокращалась. Быстрее всего исчезал генетический материал G. nipponicus на участках, связанных с адаптацией к пресной воде, миграцией в море, выбором партнера и стерильностью самцов-гибридов.
К 2020 году геном популяции практически полностью вернулся к составу, характерному для пресноводных G. aculeatus. Поколение у этих рыб сменяется примерно за год, так что большая часть генома, доставшегося от G. nipponicus, была утрачена за десять поколений.
«В ходе этого исследования нас ожидали два главных сюрприза, — отметили японские ихтиологи. — Во-первых, мы не ожидали, что геномные участки, связанные с основными репродуктивными барьерами, будут удаляться столь стремительно. Во-вторых, нас удивило, что процесс исчезновения чужеродного генетического материала продолжался и в последующих поколениях».
Итог работы показывает: природа способна достаточно быстро возвращать близкие виды к прежним границам, даже если катастрофа свела их в одном водоеме.