Ещё недавно сам факт расшифровки генома ископаемых животных поражал воображение. И вот уже специалисты сравнивают ДНК сразу 7 видов древних и современных слонов Африки, Евразии и Северной Америки, чтобы реконструировать эволюцию семейства Elephantidae (слоновых), а никто не кричит: «Сенсация!»
Когда-то по нашей планете бродило много разнообразных слонов. Сейчас от былого величия осталось всего 3 вида: азиатский слон Elephas maximus и два африканских вида рода Loxodonta: саванный слон Loxodonta africana и лесной слон Loxodonta cyclotis — да и то, два последних вида иногда объединяют в один.
Из ископаемых слоновых наиболее популярны мамонты, прежде всего шерстистый мамонт Mammuthus primigenius, последние популяции которого вымерли на острове Врангеля 4 тыс. лет назад. Его родственник из Северной Америки, колумбийский мамонт Mammuthus columbi, живший в умеренных широтах, полностью исчез 11 тыс. лет назад, в конце ледникового периода.
Ещё один замечательный ископаемый представитель семейства слоновых — прямобивневый лесной слон Palaeoloxodon, встречавшийся в Африке и Евразии. Традиционно палеолоксодонов считали близкими родственниками азиатского слона, но, согласно новым данным палеогенетиков, эти ископаемые хоботные очень близки африканским лесным слонам.
Скелет прямобивневого лесного слона (палеолоксодона). Национальный музей естественных наук (кит. 國立自然科學博物館, англ. National Museum of Natural Science), Тайвань.
Итак, авторы нового исследования получили высококачественные геномы двух лесных, двух саванных, двух азиатских слонов (это современные животные), а из ископаемых — полный геном прямобивневого лесного слона возрастом 120 тыс. лет, четыре генома шерстистых мамонтов, один геном колумбийского мамонта и четыре — американских мастодонтов. На основании этих данных генетики постарались восстановить эволюционную историю семейства слоновых.
Получившиеся родословные деревья в целом соответствовали представлениям учёных. В частности, два лесных слона (один из Центральной Африки и второй из Западной) образовали ветвь, отдельную от саванных слонов, укрепив представления исследователей о том, что в Африке слоны образуют всё же два отдельных вида.
Однако дальнейший анализ показал, что ситуация гораздо сложнее. Выяснилось это, когда исследователи стали искать в геномах слонов признаки гибридизации. Для этого генетики оценивали процент «продвинутых» аллелей, общих для разных видов слонов. И тут нарисовалась удивительная картина.
Прежде всего, прямобивневый лесной слон оказался гибридом, чей геном сформировался из трёх компонентов. Самый крупный вклад в его ДНК сделал когда-то общий предок лесных и саванных слонов (вероятно, ещё в Африке, где жили пращуры европейского прямобивневого). Оставшиеся две части генома палеолоксодона сформированы шерстистым мамонтом и популяцией, родственной современным лесным слонам. Неожиданно, ведь по строению прямобивневые слоны ближе к своим азиатским сородичам, чем к африканским. То ли у древних мамонтов было какое-то сходство с азиатами, позже утраченное, то ли это конвергенция — независимо возникшие сходные признаки.
Ещё необычная деталь: прямобивневый слон генетически больше похож на одного из лесных слонов, чем на другого. 35–39% генома палеолоксодона досталось ему именно от западноафриканских лесных слонов. Анализ показал, что общий предок лесных слонов жил между 609 и 463 тыс. лет назад. Значит, гибридизация с прямобивневым произошла после этой даты.
Вот как всё непросто! Однако авторы замечают, что описали простейший сценарий из возможных, реальная картина могла быть ещё сложнее.
Помимо этого, исследование выявило признаки смешения шерстистых и колумбийских мамонтов. Логично, что североамериканским шерстистым мамонтам колумбийцы родственней, чем евразийским. А пропорция колумбийской примеси у шерстистых мамонтов уменьшается с юга на север — у мамонта с Аляски её меньше, чем у его родича из Вайоминга.
А что с гибридизацией современных лесных и саванных слонов? Когда-то эти виды обменивались генами, но более 1 млн лет назад поток генов иссяк. Исследование показало, что после разделения популяций лесных слонов (то есть 609 тыс. лет назад) обмен генами между ними и саванными родственниками если и был, то очень слабый. Признаков более позднего смешения учёные не нашли. Самое интересное, что гибридизация между лесными и саванными слонами происходит и сейчас в той области, где их ареалы перекрываются. Это факт! И гибриды плодовиты, однако за пределы гибридной зоны их гены не распространяются. По крайней мере, заметных следов этого процесса в геномах африканских слонов найти не удалось. И это снова подтверждает представления о том, что саванный и лесной слоны — разные виды.
Исследователи оценили время разделения эволюционных линий разных слоновых, исходя из известной — правда, очень приблизительной — скорости мутирования, а также считая длительность слоновьего поколения равной 31 году.
Вышло, что лесные слоны «ответвились» от саванных 2–5 млн лет назад — вскоре после того как их общий предок отделился от линии прямобивневых слонов. Примерно в это же время мамонты разошлись с азиатскими слонами. Разделение колумбийских и шерстистых мамонтов произошло позже, 1,5 — 0,7 млн лет назад.
Начальное же разделение слоновых случилось 10–5 млн лет назад — именно тогда африканская группа отделилась от предка азиатских слонов и мамонтов. Цифры хорошо согласуются с данными палеонтологов, у которых это событие датировалось сроком 9–4,2 млн лет назад.
Ещё раньше — 10–28 млн лет назад — все слоновые отделились от мастодонтов (по ископаемым останкам это событие датируется 24–28 млн лет).
Схема эволюционной истории слоновых
M. americanum — американский мастодонт;
M. primigenius — шерстистый мамонт;
E. maximus — азиатский слон;
L. africana — африканский саванный слон;
L. cyclotis_A — африканский лесной слон (Центральная Африка);
L. cyclotis_F — африканский лесной слон (Западная Африка);
P. antiquus_N — прямобивневый слон.
Авторы приводят ещё некоторые данные по эволюционной истории слонов, например, выясняют, как менялись размеры их популяций.
Итак, что нового мы узнали? О том, что между близкими видами млекопитающих происходит обмен генами, учёным уже хорошо известно. Биологи наблюдали поток генов от одного вида к другому (допустим, от полярных медведей к бурым). Доказано существование гибридных по происхождению видов — например, североамериканский лесной волк оказался гибридом койота и серого волка. Зафиксирован обмен генами между волками и шакалами или между бонобо и шимпанзе, а также признаки гибридизации, происходившей когда-то между восточными и западными гориллами, орангутанами Суматры и Борнео, или даже между предками шимпанзе и человека.
Мы привыкли представлять эволюцию в виде разветвлённого дерева. Но как только генетики получили возможность сравнивать геномы разных видов — выяснилось, что веточки не только расходятся, но и регулярно сходятся, а способность к гибридизации — это скорее норма, чем исключение, во всяком случае, для млекопитающих. Вот и слоны туда же. Новое исследование не только даёт биологам новую информацию для размышления, но и предлагает модель для дальнейших исследований на других группах животных. А ещё очень интересно выяснить, какие эволюционные преимущества слоны получали в результате гибридизации — может, так они лучше адаптировались к новым условиям после миграций или при изменении климата? Ведь если разные виды дарят друг другу свои гены — значит, это зачем-нибудь нужно.
Демографическая модель эволюции слоновых
Александр Соколов, XXII ВЕК. ОТКРЫТИЯ, ОЖИДАНИЯ, УГРОЗЫ
