Pomieszany świat hybrydowych zwierząt

Głęboko w amazońskich lasach deszczowych żyją dwa zielone ptaki. Manakin śnieżnobiały, ma na głowie plamę bieli. Manakin opalowy wygląda bardzo podobnie. Ale korona tego gatunku może wydawać się biała, niebieska lub czerwona w zależności od światła. To „jak tęcza” – mówi Alfredo Barrera-Guzmán. Jest on biologiem na Autonomicznym Uniwersytecie Jukatanu w Mérida, Meksyk.

Tysiące lat temu te dwa gatunki ptaków zaczęły kojarzyć się ze sobą. Potomstwo początkowo miało korony, które były matowe, biało-szare, podejrzewa Barrera-Guzmán. Ale w późniejszych pokoleniach niektóre ptaki wyhodowały żółte pióra. Ten jaskrawy kolor sprawił, że samce były bardziej atrakcyjne dla samic. Te samice mogły preferować kojarzenie z żółto-czapkowane samców, a nie snow-czapkowane lub opal-korona samców.

W końcu te ptaki stały się wystarczająco oddzielone od dwóch oryginalnych gatunków, aby być ich własnym, odrębnym gatunkiem: manakin złotokorona. Jest to pierwszy znany przypadek hybrydowego gatunku ptaka w Amazonii, mówi.

Zwykle różne gatunki nie łączą się w pary. Ale kiedy to robią, ich potomstwo będzie tym, co nazywa się hybrydami.

Cząsteczki DNA w każdej komórce zwierzęcia zawierają instrukcje. To one określają, jak zwierzę wygląda, jak się zachowuje i jakie dźwięki wydaje. Kiedy zwierzęta łączą się w pary, ich młode otrzymują mieszankę DNA rodziców. I mogą skończyć z mieszanką cech rodziców.

Jeśli rodzice są z tego samego gatunku, ich DNA jest bardzo podobne. Ale DNA pochodzące od różnych gatunków lub grup gatunków będzie miało więcej odmian. Potomstwo mieszańca otrzymuje więcej różnorodności w DNA, które dziedziczy.

Co się więc dzieje, gdy DNA dwóch grup zwierząt miesza się w mieszańcu? Istnieje wiele możliwych rezultatów. Czasami hybryda jest słabsza od rodziców, lub nawet nie przeżywa. Czasami jest silniejsza. Czasami zachowuje się bardziej jak jeden z gatunków rodzicielskich niż drugi. A czasem jej zachowanie mieści się gdzieś pomiędzy tymi u każdego z rodziców.

Naukowcy próbują zrozumieć, jak ten proces – zwany hybrydyzacją (HY-brih-dih-ZAY-shun) – przebiega. Hybrydowe ptaki mogą podjąć nowe trasy migracji, odkryli. Niektóre hybrydowe ryby wydają się bardziej podatne na ataki drapieżników. A nawyki godowe gryzoni mogą wpływać na to, co może jeść ich hybrydowe potomstwo.

Mądrze hybrydyzować?

Hybrydyzacja zdarza się z wielu powodów. Na przykład, terytorium dwóch podobnych typów zwierząt może się pokrywać. Dzieje się tak w przypadku niedźwiedzi polarnych i niedźwiedzi grizzly. Członkowie tych dwóch grup zwierząt łączą się w pary, tworząc niedźwiedzie hybrydy.

Gdy klimat się zmienia, siedlisko gatunku może się zmienić na nowy obszar. Zwierzęta te mogą napotkać inne, podobne gatunki. Te dwie grupy mogą się łączyć przez przypadek. Na przykład badacze znaleźli hybrydy południowych wiewiórek latających i północnych wiewiórek latających. Gdy klimat się ocieplił, południowe gatunki przeniosły się na północ i połączyły się z innymi gatunkami.

Gdy zwierzęta nie mogą znaleźć wystarczającej liczby partnerów z własnego gatunku, mogą wybrać partnera z innego gatunku. „Trzeba jak najlepiej wykorzystać sytuację” – mówi Kira Delmore. Jest ona biologiem w Max Planck Institute for Evolutionary Biology w Plön, Niemcy.

Naukowcy zaobserwowali to w przypadku dwóch gatunków antylop w południowej Afryce. Kłusownicy przerzedzili populacje gigantycznych antylop sobolowych i antylop rudych. Później te dwa gatunki rozmnażały się ze sobą.

Ludzie mogą nieświadomie stwarzać okazje do hybrydyzacji. Mogą umieścić dwa blisko spokrewnione gatunki w tej samej zagrodzie w zoo. Albo jak miasta się rozwijają, miejskie gatunki mogą coraz częściej spotykać się z wiejskimi. Ludzie mogą nawet przypadkowo lub celowo wypuszczać zwierzęta z innych krajów do nowych siedlisk. Te egzotyczne gatunki mogą teraz spotkać i kojarzyć się z rodzimymi zwierzętami.

Wiele zwierząt hybrydowych jest sterylnych. Oznacza to, że mogą one być w stanie kojarzyć się, ale nie będą tworzyć potomstwa. Na przykład muły są hybrydowym potomstwem koni i osłów. Większość z nich jest bezpłodna: dwa muły nie mogą stworzyć więcej mułów. Tylko koń łączący się z osłem może stworzyć kolejnego muła.

Różnorodność biologiczna jest miarą liczby gatunków. W przeszłości wielu naukowców zakładało, że hybrydyzacja nie jest dobra dla bioróżnorodności. Jeśli produkowano wiele hybryd, dwa gatunki rodzicielskie mogły połączyć się w jeden. To zmniejszyłoby różnorodność gatunków. Dlatego właśnie „hybrydyzacja była często postrzegana jako coś złego” – wyjaśnia Delmore.

Ale hybrydyzacja może czasem zwiększyć bioróżnorodność. Hybryda może być zdolna do jedzenia określonego pokarmu, którego nie może jeść jej gatunek macierzysty. Może też rozwijać się w innym siedlisku. W końcu może stać się swoim własnym gatunkiem, jak manakin złotokoroniasty. A to zwiększyłoby – a nie zmniejszyło – różnorodność życia na Ziemi. Hybrydyzacja, konkluduje Delmore, jest „właściwie siłą twórczą.”

Pójście własną drogą

Mieszańce mogą różnić się od swoich rodziców na wiele sposobów. Wygląd to tylko jeden z nich. Delmore chciała wiedzieć, jak mieszańce mogą zachowywać się inaczej niż ich rodzice. Przyjrzała się ptakowi śpiewającemu zwanemu drozdem Swainsona.

Z biegiem czasu gatunek ten podzielił się na podgatunki. Są to grupy zwierząt z tego samego gatunku, które żyją na różnych obszarach. Jednak, gdy napotykają się nawzajem, nadal mogą się rozmnażać i produkować płodne młode.

Jednym z podgatunków jest drozd rusałkowy, który żyje na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych i Kanady. Jak sama nazwa wskazuje, ma czerwonawe pióra. Grzbiet oliwkowy ma zielonkawo-brązowe pióra i żyje dalej w głębi lądu. Ale te podgatunki pokrywają się wzdłuż Gór Nadbrzeżnych w zachodniej części Ameryki Północnej. Tam, mogą kojarzyć i produkować hybrydy.

Jedna różnica między dwoma podgatunkami jest ich zachowanie migracji. Obie grupy ptaków rozmnażają się w Ameryce Północnej, a następnie zimą lecą na południe. Ale russet-backed drozdy migrują w dół zachodniego wybrzeża do ziemi w Meksyku i Ameryce Środkowej. Drozdy gąsiorkowate lecą przez środkowe i wschodnie Stany Zjednoczone, aby osiedlić się w Ameryce Południowej. Ich trasy są „super różne”, mówi Delmore.

DNA ptaków zawiera instrukcje, gdzie lecieć. Które kierunki otrzymują hybrydy? Aby to zbadać, Delmore złapała hybrydowe ptaki w pułapkę w zachodniej Kanadzie. Umieściła na nich malutkie plecaki. Czujnik światła w każdym plecaku pomógł zarejestrować, dokąd ptaki się udały. Ptaki poleciały na południe do swoich zimowisk, niosąc plecaki podczas podróży.

Następnego lata Delmore ponownie złapała niektóre z tych ptaków w Kanadzie. Z danych świetlnych czujników dowiedziała się, o której godzinie słońce wzeszło i zaszło w każdym punkcie ptasiej podróży. Długość dnia i czas południa różnią się w zależności od lokalizacji. To pomogło Delmore wydedukować ścieżki migracji ptaków.

Niektóre hybrydy podążały z grubsza trasą jednego z rodziców. Ale inne nie podążały żadną z tych dróg. Leciały gdzieś pośrodku. Te wędrówki, choć, wziął ptaków nad nierównym terenie, takich jak pustynie i góry. To może być problem, ponieważ te środowiska mogą oferować mniej żywności, aby przetrwać długą podróż.

Inna grupa mieszańców wziął oliwkowy trasa drozda gąsiorka na południe. Następnie powróciły drogą drozda rdzawoszyjego. Ale ta strategia może również powodować problemy. Zazwyczaj ptaki w drodze na południe uczą się wskazówek, które pomagają im w nawigacji z powrotem do domu. Mogą zauważyć punkty orientacyjne, takie jak góry. Ale jeśli wracają inną ścieżką, tych punktów orientacyjnych nie będzie. Jeden wynik: Migracja ptaków może trwać dłużej, aby zakończyć.

Te nowe dane mogą wyjaśnić, dlaczego podgatunki pozostały oddzielne, mówi Delmore. Podążanie inną ścieżką może oznaczać, że hybrydowe ptaki mają tendencję do bycia słabszymi, kiedy docierają na tereny godowe – lub mają mniejszą szansę na przeżycie swoich rocznych podróży. Jeśli mieszańce przeżyłyby tak dobrze jak ich rodzice, DNA z dwóch podgatunków częściej by się mieszało. W końcu te podgatunki połączyłyby się w jedną grupę. „Różnice w migracji mogą pomagać tym osobnikom w utrzymaniu różnic” – podsumowuje Delmore.

Zagrożenia ze strony drapieżników

Czasami hybrydy mają inny kształt niż ich rodzice. A to może wpływać na to, jak dobrze unikają drapieżników.

Anders Nilsson niedawno natknął się na to odkrycie. Jest on biologiem na Uniwersytecie Lund w Szwecji. W 2005 roku jego zespół badał dwa gatunki ryb o nazwie leszcz pospolity i płoć (nie mylić z owadem). Obie ryby żyją w jeziorze w Danii i migrują do strumieni w zimie.

Do badania ich zachowania, Nilsson i jego koledzy wszczepili maleńkie elektroniczne tagi w rybach. Znaczniki te pozwoliły naukowcom śledzić ruchy ryb. Zespół użył urządzenia, które nadawało sygnał radiowy. Tagi, które odbierały sygnał, wysyłały z powrotem swój własny, który zespół mógł wykryć.

Na początku zespół Nilssona był zainteresowany tylko płocią i leszczem. Ale badacze zauważyli też inne ryby, które wyglądały jak coś pomiędzy. Główną różnicą był ich kształt ciała. Oglądany z boku leszcz wydaje się mieć kształt rombu z wyższym środkiem niż końce. Płoć jest bardziej opływowa. Bliżej jej do smukłego owalu. Kształt trzeciej ryby plasował się gdzieś pomiędzy tymi dwoma.

„Dla niewprawnego oka wyglądają one po prostu jak ryby” – przyznaje Nilsson. „Ale dla osoby zajmującej się rybami, są one ogromnie różne.”

Płoć i leszcz musiały się kojarzyć, aby wyprodukować te ryby pośrednie, pomyśleli naukowcy. To uczyniłoby te ryby hybrydami. I tak zespół rozpoczął tagowanie tych ryb, too.

Rybożerne ptaki zwane wielkie kormorany żyją w tym samym obszarze, co ryby. Inni naukowcy badali drapieżnictwo kormoranów na pstrągach i łososiach. Zespół Nilssona zastanawiał się, czy ptaki te zjadały również płoć, leszcza i hybrydy.

Kormorany pożerają ryby w całości. Potem wypluwają niechciane części – w tym elektroniczne tagi. Kilka lat po tym, jak badacze oznaczyli ryby, odwiedzili miejsca gniazdowania i grzędowania kormoranów. Domy ptaków były dość obrzydliwe. „Wymiotowały i wypróżniały się wszędzie” – mówi Nilsson. „To nie jest ładne.”

Ale poszukiwania badaczy były tego warte. Znaleźli wiele tagów ryb w bałaganie ptaków. A hybrydy okazały się radzić sobie najgorzej. Dla ich wysiłków, zespół znalazł 9 procent tagów leszcza i 14 procent tagów płoci. Ale 41 procent tagów hybryd również pojawił się w gniazdach.

Nilsson nie jest pewien, dlaczego hybrydy są bardziej prawdopodobne, aby być spożywane. Ale może ich kształt czyni je łatwiejszymi celami. Jego kształt przypominający diament sprawia, że leszcz jest trudny do połknięcia. Opływowe ciało płoci pomaga jej szybko odpłynąć z dala od niebezpieczeństwa. Ponieważ hybryda jest pomiędzy, może nie mieć żadnej z tych zalet.

Albo może hybrydy po prostu nie są bardzo inteligentne. „Mogłyby być głupie i nie reagować na zagrożenie ze strony drapieżnika” – mówi Nilsson.

Pikantne kojarzenie

Tylko dlatego, że naukowcy znajdują hybrydy, nie oznacza to, że te dwa gatunki zawsze będą się ze sobą rozmnażać. Niektóre zwierzęta są wybredne co do tego, których partnerów zaakceptują z innego gatunku.

Marjorie Matocq badała tę kwestię u gryzoni zwanych szczurami leśnymi. Matocq jest biologiem na Uniwersytecie Nevady w Reno. Zaczęła studiować kalifornijskie szczury leśne w latach dziewięćdziesiątych. Matocq znalazła te stworzenia interesujące, ponieważ były one bardzo powszechne, ale naukowcy wiedzieli o nich tak mało.

W ostatnich badaniach, jej zespół skupił się na dwóch gatunkach: szczurze pustynnym i szczurze Bryanta. Oba żyją w zachodniej części Stanów Zjednoczonych. Ale desert woodrats są mniejsze i zamieszkują suche obszary. Większe szczury Bryanta żyją w obszarach krzewiastych i zalesionych.

W miejscu w Kalifornii, te dwa gatunki nakładały się na siebie. Zwierzęta tutaj były kojarzone i produkowały hybrydy, ale Matocq nie wiedział, jak powszechne to było. „Czy to tylko przypadek, czy dzieje się to cały czas?” zastanawiała się.

Aby się tego dowiedzieć, badacze sprowadzili szczury leśne do swojego laboratorium. W każdym eksperymencie naukowcy umieszczali samicę pustynnego szczura lub szczura Bryanta na dole litery T. Następnie umieszczali samca pustynnego szczura i samca Bryanta w przeciwległych końcach góry litery T. Samce były skrępowane uprzężami. Samica może następnie odwiedzić jednego z mężczyzn i zdecydować, czy do mate.

Kobiety pustynne woodrats prawie zawsze kojarzone z ich własnego gatunku, naukowcy znaleźli. Te samice mogły unikać szczurów drzewnych Bryanta, ponieważ te samce były większe i bardziej agresywne. Rzeczywiście, samce często gryzły i drapały samice.

Ale samice Bryant’s woodrats nie przeszkadzało kojarzenie z samcami desert woodrats. Te samce były mniejsze i bardziej potulne. „Nie było aż tak dużego niebezpieczeństwa,” zauważa Matocq.

Badacze podejrzewają, że wiele dzikich mieszańców ma ojca szczura pustynnego i matkę szczura Bryanta. To może być ważne, ponieważ ssaki, takie jak szczury leśne, dziedziczą bakterie od swoich matek. Bakterie te pozostają w jelitach zwierzęcia i nazywane są ich mikrobiomem (My-kroh-BY-ohm).

Mikrobiom zwierzęcia może wpływać na jego zdolność do trawienia pokarmu. Pustynne i Bryant’s woodrats prawdopodobnie jedzą różne rośliny. Niektóre z tych roślin są toksyczne. Każdy gatunek mógł wyewoluować sposoby bezpiecznego trawienia tego, co wybrał do jedzenia. I ich mikrobiomy mogły ewoluować, aby odgrywać rolę w tym, jak również.

Jeśli to prawda, mieszańce mogą mieć odziedziczone bakterie, które pomagają im trawić rośliny, które Bryant’s woodrats typowo konsumować. Oznacza to, że zwierzęta te mogą być lepiej przystosowane do jedzenia tego, co zjada szczur leśny Bryanta. Zespół Matocqa karmi teraz różne rośliny gatunkom rodzicielskim i ich mieszańcom. Badacze będą monitorować, czy zwierzęta chorują. Niektóre hybrydy mogą radzić sobie lepiej lub gorzej w zależności od ich mieszanki DNA i bakterii jelitowych.

Co jest ekscytujące w hybrydach jest to, że można myśleć o każdym z nich „jak o małym eksperymencie”, mówi Matocq. „Niektóre z nich działają, a niektóre nie”

.