Как обыкновенные бабочки помогли ученым понять механизм хромосомной эволюции

Хромосомные перестройки — изменения числа и структуры хромосом — сегодня находятся в центре внимания медиков. Именно они являются одной из основных причин возникновения рака, а также неонкологических заболеваний: синдрома Дауна, синдрома Эдвардса, синдрома Шерешевского — Тернера и многих других. Хромосомными перестройками также интересуются биологи, поскольку их появление запускает возникновение новых биологических видов и, как следствие, влияет на формирование биологического разнообразия. Несмотря на это, закономерности и механизмы хромосомной эволюции пока изучены недостаточно.

Профессор Санкт-Петербургского государственного университета, энтомолог Владимир Лухтанов и стажер-исследователь Зоологического института РАН, выпускница СПбГУ Алиса Вершинина провели изучение так называемой взрывной хромосомной эволюции — феномена, который регулярно встречается в разных группах растений и животных и приводит к появлению близких видов, резко различающихся по числу хромосом.

«Понять, что такое хромосомная эволюция, можно на примере двух очень близких видов бабочек, марокканской голубянки Polyommatus atlanticus и североиранской голубянки Polyommatus caeruleus, которые почти не различаются внешне, — объяснил Владимир Лухтанов. — У одного (Polyommatus atlanticus) — 226 крохотных хромосом, похожих на пылинки, а у другого (Polyommatus caeruleus) — только 10, но огромных. Хотя генетический материал у обоих видов почти идентичный. Именно бабочек-голубянок рода Polyommatus мы выбрали в качестве объектов исследования, так как эта группа имеет максимальное хромосомное разнообразие в животном царстве».

Если раньше считалось, что взрывная хромосомная эволюция может быть обусловлена одновременным появлением многочисленных хромосомных изменений, то новое исследование показало, что это не так.

«Хромосомные перестройки, приводящие к кардинальному изменению всего хромосомного набора, не возникают все сразу, а накапливаются постепенно, одна за другой, — рассказал Владимир Лухтанов. — Таким образом, в случае взрывной хромосомной эволюции изменения кариотипа (всех признаков полного набора хромосом) происходят не мгновенно, а скорее в соответствии с дарвиновским принципом постепенной эволюции, хотя «постепенность» очень быстрая в терминах геологического времени».

Результаты исследования говорят о том, что широко распространенные представления об обязательном негативном влиянии хромосомных перестроек на организм сильно преувеличены, а для объяснения взрывных изменений кариотипа нет необходимости искать какие-то специальные экзотические механизмы помимо обычных факторов эволюции, таких как генетический дрейф и естественный отбор.