Молекулярные механизмы генетической изоляции

Результат нас не только удивил, но и огорчил, потому что мы искали генетические различия стад внутри одного вида. Да и в качестве видового критерия спектр оказался мало пригоден, так как его определение по нашей методике было довольно трудоемким. Это, кстати, ахиллесова пята только что разработанных новых методов. Впервые проложенная дорога оказывается самой трудной и нередко забывается.

Наша идея воскресла после работы В.В.Гречко (Институт молекулярной биологии РАН) и А.Н.Федорова (Институт молекулярной генетики РАН), которые предложили более простой способ (он назван методом таксонопринтов), позволяющий изучать распределение фрагментов повторяющихся последовательностей. По этому методу ДНК гидролизуют короткощепящими рестриктазами без отделения уникальных последовательностей от повторяющихся, а образовавшиеся полинуклеотиды метят радиоактивным фосфором (32Р) по концевым остаткам. После этого смесь разделяют электрофорезом, выявляют фрагменты с помощью радиоавтографии и в итоге получают их спектр, или таксонопринт.

Результаты исследования объектов методом таксонопринтов и нашим прежним способом оказались сходными. Какие же молекулярные характеристики вида и популяций нам удалось получить?

Таксонопринты отдельных популяций внутри вида (от рыб и ящериц до человека) идентичны. Не отличаются они и в большинстве географически изолированных популяций. Например у пустынных ушастых ежей спектр фрагментов ДНК одинаков, независимо от того, обитают животные в окрестностях Ашхабада, Кара-Колы или Ташкента [1]. Идентичны таксонопринты кеты, нерестящейся в реках от Анадыря до Приморья; не различаются по этому молекулярному признаку и расы человека.

Но в некоторых случаях спектр фрагментов ДНК внутри одного вида имеет небольшие отличия, к примеру, у хорошо известной лососевой рыбы гольца, распространенной от Северной Европы до Дальнего Востока, а также в Америке. Существуют две формы этого вида — жилая, т.е. пресноводная, и проходная — только заходящая в реки во время нереста. Везде, где есть обе формы (в реках Шпицбергена, на севере Евразии от Норвегии до Таймыра), их таксонопринты идентичны. Но в географически изолированных популяциях Восточной Сибири, где обитают только жилые гольцы, их ДНК уже отличается одним-двумя фрагментами. Это — гольцы из озера Лабынкыр, из озер Забайкалья и Чукотки, а также дальневосточный голец — мальма. Можно заключить, что в географически изолированных ареалах идет постепенное аллопатрическое видообразование [2].

Таксонопринт ДНК атлантических и тихоокеанских лососей и форелей. Для фрагментации повторяющихся последовательностей использован фермент Tag I. 1 — семга; 2 — кумжа; 3 — каспийский лосось; 4 — ишхан (севанская форель); 5 — микижа (вверху слева); 6 — микижа, сходная с лососем Кларка; 7 — жилая форма микижи; 8 — радужная форель; 9 — микижа североамериканская; 10 — лосось Кларка; 11 — сима; 12 — кета; 13 — горбуша; 14 — нерка; 15 — кижуч; 16 — чавыча. Для каждого вида и даже формы этих рыб набор фрагментов ДНК специфичен, только у двух форм микижи (6, 7) он идентичен.

Иное дело, если близкие виды обитают совместно — их таксонопринты отличаются довольно резко. Такие “спектры” различны, например, у живущих в Подмосковье обыкновенного и белогрудого ежей. Мало сходства и в наборе фрагментов ДНК двух видов гольцов, населяющих чукотское озеро Эльгыгытгын,— арктического гольца и малоротой палии, которая, кстати, и по морфологическим признакам отличается от прочих гольцов настолько, что ее выделили в отдельный род Salvethymus.

Все это приводит к мысли, что у симпатрических видов, обитающих совместно и, видимо, совместно возникших, дивергенция быстро проявляется в виде различий таксонопринтов. Но они остаются близкими или даже идентичными у аллопатрических видов, чьи ареалы разделены расстоянием. Хороший пример — американский бизон и европейский зубр. Они произошли от одного вида (Bison priscus), в свое время населявшего огромную территорию — от современной Британии до восточного берега Северной Америки. После того как материки разделились, потомки прежде единого вида накопили немало морфологических различий, но таксонопринты остались идентичными. Кстати, бизон и зубр свободно скрещиваются, и гибриды характеризуются гетерозисом — гибридной мощностью. Легко скрещиваются в неволе, а также на стыках мест обитания и дают плодовитое потомство горные бараны — европейский муфлон, переднеазиатский уриал и центральноазиатский архар, населяющие разные горные системы. Таксонопринты этих видов практически одинаковы [3]. Похоже, что такие виды генетически не изолированы, хотя имеют много различающихся морфологических черт, по которым систематики считают их самостоятельными.