Nowe analizy genetyczne dzikich pawianów w południowej Kenii ujawniają, że większość z nich nosi ślady hybrydyzacji w swoim DNA. W wyniku krzyżowania około jedna trzecia ich składu genetycznego składa się z genów innego, blisko spokrewnionego gatunku.
Badanie miało miejsce w regionie w pobliżu kenijskiego Parku Narodowego Amboseli, gdzie żółte pawiany od czasu do czasu spotykają się i mieszają z sąsiadami z pawianów anubis, żyjącymi na północnym zachodzie.
Naukowcy monitorowali te zwierzęta niemal codziennie od 1971 roku, odnotowując, kiedy łączyły się z osobami z zewnątrz i jak powstałe potomstwo radziło sobie przez całe życie w ramach projektu Amboseli Baboon Research Project, jednego z najdłużej prowadzonych badań terenowych dzikich naczelnych w świat.
Żółte pawiany mają żółtobrązową sierść z białymi policzkami i spodami. Pawiany Anubis mają zielonkawo-szare futro i samce z kudłatymi grzywami wokół głów. Chociaż są to odrębne gatunki, które rozdzieliły się 1,4 miliona lat temu, mogą krzyżować się tam, gdzie ich zasięgi się pokrywają.
Według wszystkich relacji, potomstwo tych związków radzi sobie dobrze. Pięćdziesiąt lat obserwacji nie wykazało żadnych wyraźnych oznak, że hybrydy radzą sobie gorzej niż ich odpowiedniki. Niektóre radzą sobie nawet lepiej niż oczekiwano: pawiany, które mają więcej DNA anubisa w swoim genomie, dojrzewają szybciej i tworzą silniejsze więzi społeczne, a samce są bardziej skuteczne w zdobywaniu partnerów.
Jednak nowe odkrycia genetyczne opublikowane 5 sierpnia w czasopiśmie Science sugerują, że pozory mogą być mylące.
Badania rzucają światło na to, w jaki sposób utrzymuje się różnorodność gatunków na Ziemi, nawet gdy linie genetyczne między gatunkami są rozmyte, powiedziała profesor Uniwersytetu Duke Jenny Tung, która kierowała projektem wraz ze swoimi doktorantami Taurasem Vilgalys i Arielle Fogel.
Kojarzenie międzygatunkowe jest zaskakująco powszechne wśród zwierząt, powiedział Fogel, który jest doktorantem w Duke University Program in Genetics and Genomics. Około 20% do 30% małp człekokształtnych, małp i innych gatunków naczelnych krzyżuje się i miesza swoje geny z innymi.
Nawet współcześni ludzie noszą ze sobą mieszankę genów od wymarłych krewnych. Aż 2% do 5% DNA w naszych genomach wskazuje na przeszłą hybrydyzację z neandertalczykami i denisowianami, starożytnymi homininami, z którymi spotykali się nasi przodkowie i kojarzyli się z nimi podczas migracji z Afryki do Europy i Azji. Te związki pozostawiły spuściznę genetyczną, która wciąż trwa, wpływając na nasze ryzyko depresji, zakrzepów krwi, a nawet uzależnienia od tytoniu lub powikłań po COVID-19.
Naukowcy chcieli zrozumieć możliwe koszty i korzyści tego mieszania genetycznego u naczelnych, w tym ludzi. Ale współcześni ludzie przestali krzyżować się z innymi homininami dziesiątki tysięcy lat temu, kiedy wyginęły wszystkie gatunki z wyjątkiem jednego – naszego. Dzikie pawiany Amboseli umożliwiają jednak badanie hybrydyzacji naczelnych, która wciąż trwa.
Naukowcy przeanalizowali genomy około 440 pawianów Amboseli z dziewięciu pokoleń, szukając fragmentów DNA, które mogły zostać odziedziczone po imigrantach anubis.
Odkryli, że wszystkie pawiany w dorzeczu Amboseli w południowej Kenii są obecnie mieszanką, a DNA anubisa stanowi średnio około 37% ich genomów. Niektóre mają pochodzenie anubis z powodu krzyżowania, które miało miejsce stosunkowo niedawno, w ciągu ostatnich siedmiu pokoleń. Ale w przypadku prawie połowy z nich mieszanie miało miejsce w przeszłości, setki, a nawet tysiące pokoleń temu.
W tym czasie dane pokazują, że niektóre fragmenty DNA anubisa kosztowały hybrydy, które je odziedziczyły, wpływając na ich przeżycie i reprodukcję w taki sposób, że geny te mają mniejsze prawdopodobieństwo pojawienia się w dzisiejszych genomach ich potomków. Vilgalys, obecnie stypendysta podoktorancki na Uniwersytecie w Chicago.
Ich wyniki są zgodne z badaniami genetycznymi na ludziach, co sugeruje, że nasi wcześni przodkowie również zapłacili cenę za hybrydyzację. Ale dokładnie to, co zrobiły geny neandertalczyków i denisowian, aby wyrządzić im krzywdę, trudno było wydobyć z ograniczonych dostępnych dowodów kopalnych i DNA.
Naukowcy twierdzą, że pawiany w Amboseli dostarczają wskazówek dotyczących kosztów hybrydyzacji. Wykorzystując sekwencjonowanie RNA do pomiaru aktywności genów w komórkach krwi pawianów, naukowcy odkryli, że dobór naturalny z większym prawdopodobieństwem usuwa fragmenty pożyczonego DNA, które działają jak przełączniki, włączając i wyłączając inne geny.
Następnym krokiem, powiedział Fogel, jest dokładniejsze określenie, co ostatecznie wpływa na zdolność tych hybrydowych pawianów do przetrwania i rozmnażania.
Dane genomowe pozwalają naukowcom spojrzeć wstecz o wiele więcej pokoleń i badać procesy historyczne, których nie można zobaczyć bezpośrednio w terenie, powiedział Vilgalys.
„Ale trzeba przyjrzeć się samym zwierzętom, aby zrozumieć, co tak naprawdę oznaczają zmiany genetyczne” – powiedział Tung. „Aby poznać całą historię, potrzebne są zarówno badania terenowe, jak i genetyka”.
„Nie mówimy, że to jest to, co geny neandertalczyków i denisowian zrobiły u ludzi” – dodał Tung, obecnie pracujący w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka w Niemczech. „Ale sprawa pawiana jasno pokazuje, że dowody genomowe na koszty hybrydyzacji mogą być spójne ze zwierzętami, które nie tylko przeżywają, ale często rozwijają się”.
Badania były finansowane z grantów National Science Foundation (NSF IOS 1456832, BCS-1751783, BCS-2018897, DGE #1644868), National Institutes of Health (R01AG053308, R01AG053330, P01AG031719, R01HD088558, T32GM007754), Leakey Foundation, oraz Centrum Biotechnologii Karoliny Północnej (2016-IDG-1013).