Прибрежный калифорнийский мухоловка – скромная серая певчая птичка, которая уже почти 28 лет находится в эпицентре юридической драки, с тех пор как U.S. Служба рыбных ресурсов и дикой природы внесла его в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом об исчезающих видах.
Найден вдоль побережья Нижней Калифорнии, с юга в Эль-Росарио, Мексика, до Лонг-Бич, Калифорния., его естественная среда обитания – быстро исчезающая прибрежная полынь, занимающая первоклассную, нетронутую недвижимость на Западном побережье. Когда этому особому ловцу мошек, Polioptila californica, была предоставлена защита, региональные застройщики обратились в суд с иском о его исключении из списка.
Центральным в их аргументе, который был отклонен федеральным судом, был вопрос о том, был ли это независимый вид или просто другая популяция более широко встречающегося мухолова. Это различие продиктовало бы его угрожаемый статус.
Эволюционные биологи разработали новый подход к разграничению геномных видов, который улучшает существующие методы и может повлиять на аналогичную политику в будущем.
Этот подход основан на том факте, что у многих групп организмов может быть проблематично решить, где начинается один вид, а где заканчивается другой.
«В прошлом, когда было сложно различать виды на основе внешних признаков, ученые полагались на подходы, которые диагностировали сигнатуры в геноме для выявления« разрывов »или« структуры »в потоке генов, указывающих на разделение популяции. Проблема в том, что этот метод не различает две популяции, разделенные географически, и две популяции, являющиеся двумя разными видами », – сказал Джит Сукумаран, вычислительный эволюционный биолог из Университета Сан-Диего и ведущий автор исследования, опубликованного 13 мая в PlOS Computational Biology.
"Наш метод DELINEATE предлагает способ различать эти два фактора, что важно, потому что большая часть политики и законодательства в области управления природными ресурсами в нашем обществе основывается на четко определенных и названных единицах видов."
Как правило, ученые будут использовать ряд различных методов для определения границ между различными видами, включая статистический анализ и качественные данные, чтобы различать вариации на уровне популяции и вариации на уровне видов в своих выборках, чтобы завершить классификацию организма. В случаях, когда сложно разделить различия между людьми на различия из-за вариаций внутри одного вида, а не между двумя видами, они часто обращаются к подходам, основанным на геномных данных, для ответа.
Это когда ученые часто используют модель, которая генерирует популяционную филогению, или эволюционное древо, связывающее разные популяции.
Сукумаран и соавторы эволюционных биологов Л. Лейси Ноулз из Мичиганского университета, Анн-Арбор и Марк Холдер из Канзасского университета, Лоуренс добавляют второй уровень информации к филогенезу популяции, чтобы явно смоделировать фактический процесс видообразования. Это позволяет им понять, как эти отдельные популяции иногда превращаются в отдельные виды, что является основой для различения популяций и видов в данных.
Отнесены ли некоторые из популяционных линий в выборке к существующим видам или классифицируются как совершенно новые виды, зависит от двух факторов. Один из них – это возраст событий изоляции популяции, таких как разделение наследственной популяции на несколько дочерних популяций, в результате чего виды «рождаются» в расширенном процессе видообразования.
Другой – это скорость завершения видообразования, то есть скорость, с которой зарождающийся или зарождающийся вид, "рожденный" в результате деления популяции, превращается в настоящие полные виды.
«Сейчас мы начинаем понимать, что многие организмы являются загадочными видами», – сказал Сукумаран. "Многие из них похожи друг на друга, хотя на самом деле они представляют собой разные виды, разделенные многими десятками, сотнями тысяч или даже миллионами лет эволюции."
Это происходит либо из-за сильного давления отбора, направленного на поддержание той же морфологии, либо, что более типично, из-за недавнего видообразования, приводящего к недостаточному времени для развития внешних различий.
«Когда реки меняют русло, когда меняется местность, ранее сплоченные популяции фрагментируются, и генетический состав двух отдельных популяций, теперь каждая отдельная популяция, может расходиться», – сказал Сукумаран. "В конце концов, одна или обе эти популяции могут превратиться в отдельные виды и могут (или не могут) уже достичь этого статуса к тому времени, когда мы посмотрим на них.
«Тем не менее, люди из этих двух популяций могут выглядеть идентично нам по внешнему виду, поскольку различия в них, возможно, не успели« исправить »ни в одной из популяций. Это когда мы обращаемся к геномным данным, чтобы помочь нам решить, смотрим ли мы на две популяции одного и того же вида или на два разных вида."
В настоящее время ученые применяют модель, основанную на теории объединения нескольких видов, к геномным данным, чтобы определить нарушение потока генов между различными группами организмов. Это нарушение является фундаментальным для формирования видов, но оно также может происходить между двумя разными популяциями, а также между двумя разными видами.
Хотя ученые согласны с тем, что в геномных данных критически важно различать границы между популяциями и видами, не всегда существует много единого мнения о том, как это делать. «Если вы спросите десять биологов, вы получите двенадцать разных ответов», – сказал Сукумаран.
Путем моделирования динамики самого видообразования в анализе разграничения видов, чего не делали предыдущие методы, подход исследователей позволяет различать межпопуляционные границы для потока генов и межвидовые границы на основе прогнозируемой скорости событий видообразования.
С помощью этой структуры ученые могут лучше понять статус любого вида, но особенно видов, которые являются членами комплекса видов – нескольких независимых видов, которые все выглядят одинаково.
Многие области науки и медицины зависят от точной демаркации и идентификации видов, включая экологию, эволюцию, сохранение и управление дикой природой, сельское хозяйство и борьбу с вредителями, эпидемиологию и борьбу с трансмиссивными болезнями и т. Д. Эти области также пересекают правительство, законодательную власть и политику, что имеет серьезные последствия для повседневной жизни более широкого человеческого общества.
Модель DELINEATE – это первый шаг в процессе, который необходимо усовершенствовать. Финансирование этого исследования было предоставлено Национальным научным фондом.