A Torontói Egyetem (Kanada) biológusai kísérleteket végeztek az élesztővel való mesterséges fajlagosításon. Korábban az ilyen kísérletek során megpróbálták (és néha sikeresen) viselkedési prezygotikus elszigeteltséget elérni, vagyis az eltérő vonalak képviselőinek vonakodását egymástól.
Ezúttal sikerült elérni a postzygotikus izolációt, vagyis a hibridek életképességének csökkenését. Az élesztő, amelyet 500 generáción keresztül növesztettek kontrasztos, kedvezőtlen körülmények között, magas sótartalomban vagy alacsony glükóztartalomban, kiderült posztigotikusan elkülönítve egymástól és az ősvonaltól.
A biológusok régóta álmodoztak arról, hogy a laboratóriumban megismételjék a specifikáció folyamatát. Jelentős előrelépés történt ezen a területen, és ha eddig senki sem jelentette be ünnepélyesen az "igazi új faj" mesterséges létrehozását, akkor csak azért, mert a "faj" fogalmának kritériumai nagyon homályosak, és néhány az alkalmazott kritériumok elvben nem teszik lehetővé a laboratóriumban tenyésztett vonal (fajta, fajta, törzs) megnevezését.
Bár a természetben tetszőleges számú „jó faj” létezik, amelyek képesek egymással kereszteződni és termékeny hibrid utódokat teremteni, a szaporodási izolációt továbbra is a faj fő kritériumának tekintik a szexuális szaporodású szervezetek számára. Rajta vannak, hogy a biológusok erőfeszítései összpontosulnak, kísérleteket végeznek a mesterséges specifikáción.
A legtöbb ilyen kísérletben a kísérleti élőlények különböző sorait többirányú szelekciónak vetik alá (például ellentétes, kedvezőtlen körülmények között helyezkednek el, és több tíz generáción keresztül termesztik őket), majd megvizsgálják, hátráltatják-e őket a keresztezésből. Azt kell mondanom, hogy néha a vadászat valóban elkedvetlenedik, az állatok kezdik előnyben részesíteni „saját” partnereiket, mint párosító partnereket, vagyis azokat, akiknek az őseit ugyanolyan válogatásnak vetették alá, ugyanazokhoz a feltételekhez alkalmazkodva (lásd: Kísérletek a mesterséges fajzáson). Ezekben a kísérletekben a prezygotikus izoláció eredetét vizsgálják (izolálás a megtermékenyítés előtt, a zigóta kialakulása előtt).
De az elszigeteltség posztizotikus is lehet. Ez azt jelenti, hogy az egyedek párosodnak, megtermékenyítés történik, de a hibrid utódok vagy elpusztulnak, vagy sterilnek bizonyulnak, vagy élesen csökken az életképességük. Ilyen helyzetben az idegenekkel való keresztezés rendkívül veszteségessé válik, és ez előfeltételévé válhat a prezygotikus elszigeteltség fokozatos kialakulásának (a kiválasztás előnyben részesíti azokat az egyéneket, akik csak "barátokkal" párosodnak).
Nagyon kevés kísérlet bizonyítja a posztigotikus izoláció kialakulását. A szerzők arról számolnak be, hogy csak egy ilyen munkáról tudnak 1980 -ban a Drosophila -n (Oliveira, Cordeiro. "A Drosophila willistoni kísérleti populációk adaptálása extrém pH -közeghez II. A kezdeti reproduktív izoláció kialakulása" // Örökletesség. 1980. V. 44 P. 123-130). Furcsa, hogy nem említik Georgy Khristoforovich Shaposhnikov szovjet entomológus munkáit, akik hasonló eredményeket értek el a levéltetvekkel végzett kísérletekben (Shaposhnikov G. Kh. "Morfológiai divergencia és konvergencia a levéltetvekkel (Homoptera, Aphidenea) végzett kísérletben" // Entomol Szemle 1965. T 44. No. 1. P. 3–25), de így történt: a szovjet (és most orosz) tudományos folyóiratokat ritkán olvassák Nyugaton.
A kutatók a Saccharomyces cerevisae élesztőt választották tárgyuknak. A levéltetvekhez hasonlóan az élesztő szexuálisan és ivartalanul is szaporodik (lásd az ábrát), azzal a különbséggel, hogy a levéltetvek ivartalan szaporodását a parthenogenezis (megtermékenyítetlen tojásokból történő fejlődés), az élesztőben pedig a bimbózás hajtja végre. Tizenkét kísérleti populációt állítottak elő egy szülői diploid sejtből. Kezdetben mind genetikailag azonosak voltak, de később a mutációk és a szelekció eredményeként felhalmozódhattak a különbségek. A populációkat 500 generáción keresztül termesztették, ellentétes kedvezőtlen körülmények között: 6 populáció fokozott sótartalmú, 6 - „minimális” közegben, alacsony glükóztartalommal. A kontroll (ős) vonal tovább növekedett normál környezetben.
Ezt követően a tudósok ellenőrizték, hogy történt -e alkalmazkodás, vagyis a kísérleti populációk jobban alkalmazkodtak -e környezetükhöz az őseikhez képest. Az alkalmasságot a sejtek ivartalan szaporodásának (bimbózásának) aránya alapján értékelték, versenyezve az ősvonallal. Például a "sós" populáció (S) alkalmasságának méréséhez egyenlő számú "sós" és őssejtet (P) helyeztek sós környezetbe, és egy nappal később megvizsgáltuk, hogy melyik sejteknek van több idejük részvény.
Kiderült, hogy az alkalmazkodás valójában mind a 12 sorban megtörtént, bár a fitnesz értéke változó volt. Az élesztő általában valamivel jobban alkalmazkodik a sós környezethez, mint az éhes.
Most már folytatni lehetett a kísérlet legfontosabb részét - a poszzygotikus izoláció azonosítását, ha van ilyen. A kutatók hibrid utódokat szereztek úgy, hogy mindegyik S vonalat keresztezték az egyik "éhes" vonallal (M). Így összesen 6 sor "sóéhes" S / M hibridet kaptunk. Ezenkívül a 12 vonal mindegyikének hibridjeit ősökkel (S / P és M / P hibridek) szereztük be. Kiderült, hogy a tiszta S és M vonalak sokkal jobban alkalmazkodnak környezetükhöz, mint bármely hibrid. Ezért nyilvánvaló a posztigotikus izoláció.
Az S / M hibridek életképességének csökkenése a "meiotikus hatékonyság", vagyis a spórák megfelelő körülmények közötti képességének éles (körülbelül kétszeres) csökkenésében is megmutatkozott.
A különböző hibrid vonalak jelenléte lehetővé tette a hibridek életképességének csökkenéséhez vezető mechanizmusok egyes részleteinek megértését.
Ha a populációk környezetükhöz való alkalmazkodása csak az egymástól függetlenül megnyilvánuló előnyös mutációk felhalmozódásának volt köszönhető, akkor a különböző típusú hibridek alkalmassága megközelítőleg azonos legyen. Például sós környezetben az S / M és S / P hibrideknek ugyanolyan erőnlétet (vagy alkalmatlanságot) kell mutatniuk. Ez azonban kiderült, hogy nem így van. Az S / P hibridek sós környezetben érezhetően jobban teljesítettek, mint az S / M (bár sokkal rosszabbak, mint a tiszta S vonal). Ugyanez igaz, bár kisebb mértékben, de az „éhes” környezetre is: itt az M / P hibridek 6 -ból 5 esetben bizonyultak jobban alkalmazkodónak, mint az S / M, de csak három esetben statisztikailag szignifikáns.
Ez az eredmény kétféleképpen magyarázható. Vagy a két kedvezőtlen környezet egyikéhez való alkalmazkodás önmagában csökkenti az alternatív környezethez való alkalmazkodóképességet (az alkalmazkodás káros pleiotróp hatásai az alternatív környezetben való alkalmasságra), vagy az úgynevezett antagonista episztázis van az S és M genom összetevői között, vagyis a különböző környezetekhez való alkalmazkodásért felelős gének valahogy zavarják egymás munkáját. Az első esetben az S vonalból származó élesztőnek P -nél rosszabb éhező környezetben kell növekednie, sós környezetben pedig P -nek jobban kell növekednie, mint M. / P antagonista episztázist játszik.
A tanulmány egyértelműen kimutatta, hogy a többirányú szelekció a nem teljes posztigotikus reproduktív izoláció meglehetősen gyors kialakulásához vezethet.
Rendkívül érdekes lenne tudni, hogy ugyanaz vagy eltérő adaptáció lépett fel az élesztővonalakban, amelyek azonos környezethez párhuzamosan alkalmazkodtak (például hat "sós" populációban). Sajnos a cikkben nincs egyértelmű válasz erre a kérdésre. Igaz, ott megjegyezték, hogy a különböző S vonalak közötti hibridek (valamint a különböző M vonalak között) nem különböztek szignifikánsan az alkalmasságtól a tiszta S és M között. Ez arról tanúskodik, hogy az adaptációk sok tekintetben hasonlóak, legalábbis kompatibilisek és felcserélhetők. Másrészt a különböző vonalak által elért fitnesz szintje jelentősen különbözött.
