Dinții balenei au fost cei care au atras atenția expertului în ecologie moleculară Eline Lorenzen. Dintre cei 18 dinți aliniați în partea din față a craniului, unii erau răsuciți, cumva la fel cum sunt colții unui narval. Însă specimenul cu o vârstă de 30 de ani, ascuns în subsolurile Muzeului de Istorie Naturală din Danemarca, nu prezenta deloc colți. Atunci când Lorenzen a devenit director al muzeului în anul 2015, ea a decis să studieze craniul cu mai multă atenție. Lucrând cu o echipă de colaboratori, cercetătoarea a extras material genetic și l-a comparat cu ADN-ul provenit din dinții specimenelor de narval și belugă din muzeu. S-a dovedit că craniul aparținea primului exemplar de narlugă confirmat vreodată – puiul unui mascul de belugă și al unei femele de narval.
O cercetare mai amănunțită a istoriei craniului (care a fost descoperit în casa unui vânător) a arătat că acest animal ar fi putut să nu fie singurul de acest fel. Vânătorul a susținut că a mai văzut alte două creaturi asemănătoare cu balenele și că, aparent, nu este singurul care a văzut o narlugă. De fapt, aceste animale sunt destul de comune încât băștinașii din vestul Groenlandei au un nume pentru acest hibrid narval-belugă: ”itorsaq”.
Deoarece și alte exemplare de narlugă fuseseră observate anterior, cercetătorii cred că aceste creaturi ar putea fi fertile și că unele dintre ele ar putea fi urmașii a două narluge, mai degrabă decât ai unei beluge și ai unui narval. Această ipoteză constituie o provocare pentru viziunea tradiționalistă a naturaliștilor, care consideră hibrizii un rezultat al încrucișărilor inadaptive, așa cum o femelă de cal se împerechează cu un mascul de măgar pentru a da naștere unui catâr steril. Dacă hibrizii nu se pot reproduce, s-ar părea că ei sunt irelevanți din punct de vedere al evoluției, însă studierea narlugilor și a altor hibrizi apăruți pe cale naturală a început să indice că astfel de urmași ar putea să nu fie eșecuri ale naturii, așa cum s-a crezut mult timp. Aceste animale nu sunt fundături ale evoluției, iar în unele cazuri, ele ar putea servi chiar ca acceleratori ai acesteia.
”Începem să ne dăm seama că hibridizarea există în istoria evoluției multor organisme, inclusiv la Homo sapiens”, spune Scott Taylor, expert în ecologie evolutivă la Universitatea din Colorado, Boulder.
Beneficiile hibridizării nu sunt o idee nouă
Tocmai din anii 1930, botaniștii și-au dat seama că hibridizarea joacă un rol în evoluția speciilor de plante. În anul 1938, Edgar Anderson și Leslie Hubricht au prezentat ideea de introgresiune pentru a descrie hibridizarea speciilor de flori sălbatice erbacee perene din genul Tradescantia. Încrucișările au dus la urmași la care materialul genetic al părinților era împărțit în mod egal, iar acești urmași se puteau încrucișa cu una dintre speciile parentale originale, fără a pierde materialul genetic al celuilalt părinte. O altă posibilitate este ca un hibrid să se încrucișeze cu un alt hibrid și să dea naștere unei noi specii de plante.
Zoologii cunoșteau aceste exemple de hibridizare din lumea plantelor, însă exista percepția că împerecherea interspecifică este mult mai puțin obișnuită la animale. Această idee a pornit de la descrierea făcută de Ernst Mayr, în anii 1940, caracteristicilor biologice care definesc speciile – în esență, orice populație de animale care nu se împerechează sau nu ar putea să se împerecheze cu alte populații similare. Timp de peste două decenii, inclusiv în cartea sa din 1963 Animal Species and Evolution, Mayr a susținut că ”importanța evolutivă a hibridizării pare redusă la grupele de animale bine cunoscute.” Însă aceasta idee nu este universal acceptată, spune Taylor. ”Nu cunosc mulți biologi implicați în studierea hibridizării care să adere strict la acest concept.”
În ciuda dogmei că animalele hibride au fost rare în natură și, drept urmare, nu au constituit catalizatori ai evoluției, unii biologi au continuat să le studieze, curioși să descopere barierele care le-au împiedicat să devină specii noi, să identifice noile combinații de gene create prin hibridizare și să înțeleagă cum a acționat selecția naturală asupra lor. Concentrându-se pe animalele din așa-numitele zone hibride – regiuni geografice în care două specii se încrucișează pentru a produce urmași cu o descendență mixtă – cercetătorii au început să arată că, în ciuda conceptului predominant, hibridizarea a fost un mecanism valid al modificărilor evolutive – unul care putea influența în mod radical capacitatea unui animal de a se adapta la mediul înconjurător.
Miile de ciclide din lacurile africane
Dovezile adaptării date de hibridizare probabil că nicăieri nu sunt mai temeinice decât în apele tropicale calde ale Lacului Victoria din Africa. Aici, peste 500 de specii de ciclide (pești osoși frumos colorați în nuanțe de portocaliu, galben și albastru) trăiesc în cei 2.400 de kilometri cubi de apă ai lacului. Unele specii se hrănesc doar cu plante, altele consumă nevertebrate, speciile mai mari mănâncă alți pești, iar cei mai mulți se hrănesc cu detritusul de pe fundul lacului. ”Este o diversitate incredibilă de specii, care trăiesc împreună în același ecosistem”, spune expertul în ecologie evolutivă Ole Seehausen de la Universitatea din Berna, Elveția. ”Este un ecosistem frumos, o interacțiune între ecologie și evoluție […] pentru studierea speciației.”
Atunci când Seehausen a început să studieze ciclidele din Lacul Victoria, în urmă cu aproximativ 30 de ani, nu era clar cum au evoluat sutele de specii de acolo. Ele nu erau izolate din punct de vedere geografic, pentru a constitui un motor al speciației. Cu toate că toți peștii se găseau în același lac și puteau interacționa, diversistatea lor era incredibilă. Se părea că altceva le determina speciația.
După observații continue, Seehausen și alți cercetători au descoperit că barierele care preveneau speciile din lac să se împerecheze erau mai degrabă superficiale, cele mai importante fiind de natură comportamentală. De exemplu, masculii își apărau teritoriile față de masculii din aceeași specie, dar și din specii diferite, iar femelele își alegeau partenerii doar din aceeași specie cu ele. Această din urmă barieră, bazată pe semnalizarea prin culori, a început să dispară atunci când claritatea apei s-a diminuat în anii 1990, ca rezultat al deversărilor de ape uzate de la ferme și al altor activități umane care au poluat lacul. ”S-a dovedit că atunci când se schimbă semnalizarea vizuală și percepția acestor semnale, nu mai este nevoie de altceva pentru înlăturarea izolării reproductive; drept urmare, multe specii au început să se hibridizeze”, spune Seehausen.
Ceva asemănător pare să se fi întâmplat cu mii de ani în urmă în Lacul Victoria. Analizele genetice ale ciclidelor au dezvăluit că diversitatea lor uriașă poate fi urmărită înapoi în timp până la hibridizarea a două descendențe divergente, în urmă cu circa 150.000 de ani. Lacul Victoria nu a fost singurul corp de apă din regiune unde hibridizarea pare să fi jucat un rol important în speciație. Investigațiile ulterioare au arătat că împerecherea interspecifică a avut loc și în lacurile vecine, unde a determinat diversitatea ciclidelor. ”Aceasta s-a repetat în câteva lacuri diferite din Africa”, spune Seehausen.
Cercetătorii nu au rămas dezamăgiți după ce au început să caute în sălbăticie alte exemple de hibridizare, atât din prezent, cât și din trecut. Analizele genetică au dezvăluit încrucișări între coioți și lupi cenușii, urși polari și urși bruni, cimpanzei și babuini, cintezele din Insulele Galapagos și chiar între oamenii moderni și neanderthalieni.
Cercetătorii bănuiesc că evenimentele de hibridizare ar putea deveni mai frecvente, pe măsură ce perturbările produse de om modifică habitatele speciilor și încurajează încrucișările între speciile asemănătoare. De exemplu, în Colorado, Statele Unite ale Americii, două varietăți de păsări nemigratoare mici – pițigoiul de munte și pițigoiul cu capul negru – s-au hibridizat recent în zonele puternic dezvoltate de oameni. Cercetătorii au emis ipoteza că speciile, care s-au separat în urmă cu circa 1,5 milioane de ani, se încrucișează unele cu altele în habitatele modificate deoarece resursele de care ambele au nevoie, fie că este vorba de terenuri de reproducere sau de sursele de hrană, le aduc aproape una față de cealaltă.
Schimbările climatice ar putea și ele determina hibridizarea dintre specii. Biologii au observat creșteri ale încrucișărilor pe măsură ce speciile își mută locurile de trai înspre latitudini sau altitudini mai mari ori mai mici pentru a găsi zone mai răcoroase. Odată ajunse în acele regiuni, barierele din calea hibridizării, cum ar fi diferențele din alegerea partenerilor sau alți factori, ar putea dispărea. ”Cu siguranță există exemple convingătoare” ale influenței schimbărilor climatice asupra hibridizării, spune Molly Schumer, export în biologie la Universitatea Stanford.
În mod evident, nu toate cazurile de hibridizare implică schimbul egal de gene pentru a forma o creatură complet nouă, așa cum se pare că s-a întâmplat în cazul ciclidelor. Însă, în ultimii ani, ”consensul este că hibridizarea la animale este răspândită pe larg și mult mai obișnuită decât s-a crezut inițial”, spune Schumer. Acum întrebarea este ce efecte are hibridizarea.
Avantajele și dezavantajele încrucișării
În cazul hibrizilor de ciclide, Seehausen a descoperit că hibrizii și non-hibrizii prezintă rate de dezvoltare și reproducere similare, iar în unele privințe, speciile nou create sunt mai bine adaptate la anumite condiții de mediu sau surse de hrană, comparativ cu părinții lor.
În urmă cu câțiva ani, Joana Meier, expert în genetica evoluției la Universitatea Cambridge, a studiat în detaliu genetica ciclidelor și a descoperit un hibrid care i-a atras atenția: specii pitice care combină forma corpului specifică unei specii consumatoare de plante cu comportamentul de prădător al speciilor mai mari care se hrănesc cu alți pești. ”Din punct de vedere genetic, acești hibrizi sunt ca un amestec al ambelor specii”, spune cercetătoarea. ”În unele cazuri, ele prezintă o rezistență fizică mai mare [decât a speciilor parentale] în nișe ecologice diferite.” Seehausen a arătat acest lucru în laborator, unde a creat hibrizi care nu se dezvoltă cu hrana pe care o consumau părinții lor, ci cu un alt tip de hrană.
Schumer a observat ceva asemănător la hibridizarea a două specii înrudite de pești-spadă, Xiphophorus malinche și X. birchmanni. Peștii trăiesc în râurile din statul mexican Hidalgo și a început să se hibridizeze din ultimele 50-100 de generații, probabil ca rezultat al perturbărilor cauzate de om. Peștii se bazează pe simțul mirosului pentru a se împerechea, însă contaminanții din apa râurilor par a împiedica identificarea indivizilor din aceeași specie, ceea ce a dus la împerecherea interspecifică.
Încrucișarea la peștii-spadă este de dată recentă și ne oferă o imagine a ceea ce se întâmplă imediat după hibridizare, spune Schumer. Studiile sale genetice, împreună cu cele ale altor cercetători, par a arăta că imediat după hibridizare genomul hibrizilor suferă o reorganizare incredibilă. ”Are loc o îndepărtare masivă a alelelor și o rapidă evoluție după coliziunea celor două genomuri divergente.” Speciile de pești-spadă parentale sunt rude apropiate, doar 0,5% din materialul lor genetic fiind diferit. Totuși, micile variații ale genomului duc la modificări substanțiale în toleranța la frig a speciei, adaptarea la altitudine și chiar la apariția unei aripioare lungi, denumită sabie, observată la X. birchmanni, dar care lipsește la X. malinche.
Pe de altă parte, contopirea genomurilor celor două specii de pești-spadă poate avea efecte negative asupra urmașilor, mulți dintre aceștia nemaiputându-se reproduce. Combinația genelor poate determina ca hibrizii să dezvolte unele tumori maligne, care nu apar și la părinți. Una dintre cele mai importante întrebări care apare acum este următoarea, spune Schumer: în această evoluție rapidă a genomului după hibridizare, cum se derulează aceste mecanisme – efectele pozitive și negative ale hibridizării, interacțiunile cu mediul, interacțiunile sociale.
Sursa: The Scientist