Ольхонская полевка: эксперимент показал ранний этап видообразования

Сибирские учёные экспериментально доказали, что ольхонская полёвка (Alticola olchonensis), грызун, обитающий на островах Байкала, находится на пути формирования в новый самостоятельный вид. Исследование, проведённое сотрудниками Института систематики и экологии животных СО РАН, ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Новосибирского государственного университета, было сосредоточено на изучении начальных этапов эволюционного расхождения, известного как перипатрическое видообразование. Результаты исследования опубликованы в Mammalian Biology, сообщает «Наука в Сибири».

До сих пор таксономический статус этого животного вызывал споры в научной среде. Изначально описанная как подвид тувинской полёвки, она позднее была признана отдельным видом.

«Скальные полёвки — очень интересный и удобный объект для изучения процессов видообразования… До сих пор идёт полемика о таксономическом статусе многих видов… Наше исследование должно было внести некую ясность в таксономический статус ольхонской полёвки», — поясняет заведующий лабораторией экологии сообществ позвоночных животных ИСиЭЖ СО РАН кандидат биологических наук Игорь Моролдоев.

Чтобы прояснить ситуацию, исследователи решили проверить фундаментальный критерий биологического вида — репродуктивную изоляцию, то есть наличие механизмов, препятствующих успешному скрещиванию с близкородственными видами. В лабораторных условиях они скрещивали ольхонских полёвок с двумя географически изолированными формами тувинской полёвки: собственно тувинской и хубсугульской. Были получены гибриды первого (F1), второго поколения (F2), а также беккроссы — гибриды, скрещённые с родительскими формами.

Первое поколение гибридов оказалось в основном фертильным, способным давать потомство. Однако уже на этой стадии учёные обнаружили первые тревожные сигналы.

«Исследование показало, что первое поколение гибридов (F1) в основном фертильно. Однако уже у них наблюдалось резкое увеличение доли аномальных сперматозоидов (до 81 % против менее 9 % у родителей)… Вероятно, из‑за этого начинает падать фертильность», — отмечает научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Татьяна Бикчурина.

Более серьёзные нарушения проявились у гибридов второго поколения и беккроссов. У них были зафиксированы серьёзные сбои в процессе сперматогенеза — формирования мужских половых клеток. У части особей этот процесс резко останавливался на стадии мейоза, ключевого клеточного деления. Детальное цитологическое исследование позволило понять причину.

«Мы посмотрели два первых процесса, и выяснилось, что у гибридов часто есть клетки с асинаптированными участками хромосом — по каким‑то причинам они не склеиваются в той точке времени, когда должны это сделать… Это приводит к тому, что следующая клеточная стадия не разовьётся либо разовьётся неправильно, с ненормальной морфологией сперматозоидов», — рассказывает Татьяна Бикчурина.

Таким образом, хотя ольхонская и тувинская полёвки ещё могут скрещиваться и давать жизнеспособное первое поколение гибридов, генетические различия между ними уже накопились настолько, что нарушают тонкие механизмы формирования половых клеток у последующих поколений. Это классический пример раннего этапа видообразования, когда полная репродуктивная изоляция ещё не сформировалась, но её предпосылки уже очевидны.

«Становление видообразования — это процесс, который идёт по нарастающей. Процессы изоляции между ольхонской и тувинской полёвками сейчас наблюдаются на уровне мейоза и гаметогенеза… На следующем этапе изоляции при межвидовой гибридизации уже может наблюдаться гибель эмбрионов», — объясняет Игорь Моролдоев.

Параллельно с фундаментальным исследованием учёные бьют тревогу о судьбе самого объекта изучения. Ольхонская полёвка, занесённая в Красную книгу Иркутской области, стремительно сокращает свою численность.

«Мы становимся свидетелями, что она действительно вымирает… Для зоологического исследования это крайне мало, особенно если знать, как было раньше», — констатирует Игорь Моролдоев.

Среди причин вымирания учёные называют естественные популяционные волны, характерные для грызунов, интенсивный туризм на Байкале, разрушающий среду обитания, и изменение климата. В ответ на эту угрозу в ИСиЭЖ СО РАН уже несколько лет реализуется проект по реинтродукции вида — размножению полёвок в неволе и последующему выпуску на острова Байкала, где они раньше обитали. Таким образом, изучение ранних этапов формирования нового вида идёт рука об руку с усилиями по его сохранению.