По оценкам ученых, до 10% животных и 25% растений участвуют в гибридизации в природе. Генетические данные даже пролили свет на гибридную родословную современных людей: считается, что большинство европейцев и азиатов имеют примерно 2% ДНК неандертальцев.Стерильность обычна для гибридов и считается ключевым фактором в сохранении различий между двумя гибридизирующимися видами. Это верно для конкретной гибридной популяции синица в США, результат спаривания между северной черношапочной синией и южным видом, называемым каролинская синица.
Более низкий процент вылупившихся яиц гибридных цыплят по сравнению с их чистокровными родителями, что является ключевым селективным недостатком.Результаты нового поведенческого исследования Университета Лихай и Франклина Колледж Маршалла добавляет морщинки к этой парадигме: ученые обнаружили, что гибридные синицы имеют заметные недостатки в обучении и памяти по сравнению с их чистокровными родителями, что может быть еще одним селективным недостатком.Это открытие является первым случаем, когда дефицит обучаемости и памяти был обнаружен у любого гибрида любого вида, что открывает новую область исследований для понимания селективного недостатка гибридов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Evolution в статье Майкла А. Маккуиллана, Эмбер М. Райс и Алекса В. Хьюна из Университета Лихай и Тимоти К. Рота II из Франклина, которая сегодня появляется в Интернете. Колледж Маршалла назвал: «Гибридные синицы неспособны к обучению и памяти».
«Эти птицы похожи на белок: они запасают пищу всю осень», — говорит Райс, доцент биологических наук в Лихайе. «Чтобы пережить зиму, они должны иметь возможность вернуться и найти пищу. Тот факт, что эти гибриды хуже учатся и запоминают, может действительно быть плохим для них, особенно в суровые зимы».Животные, которые хранят пищу таким образом, известны как собиратели разброса. По словам Маккуиллана, доктора философии.
Кандидат в эволюционную биологию в Лихайе и ведущий автор исследования, северный черношапочный синица является модельным видом для изучения пространственной памяти и обучения, черт, которые являются ключевыми для выживания скаттеров. МакКиллан говорит, что есть основания предполагать, что пространственная память черношапочных синиц является наследственной чертой — чертой, передающейся их потомству.«Если гибридные синицы будут менее изобретательными, менее способными приспосабливаться к окружающей среде, у них будет меньше шансов выжить», — говорит МакКвиллан. «Это может быть фактором в сохранении двух видов отдельно — или репродуктивной изоляции — несмотря на то, что они гибридизируются».
Возможно, что еще более важно, выводы команды показывают, что обучение и память также могут способствовать селективному недостатку гибридов других видов.По словам Марии Р. Серведио, профессора биологии Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, чьи области исследований включают видообразование и эволюцию изоляции перед беременностью, эти результаты впечатляют, потому что существуют предположения о нарушении поведения, необходимого для выживания и воспроизводства. у гибридов, но очень мало хорошо зарекомендовавших себя примеров.«Это исследование действительно интересно, потому что оно предоставляет совершенно новый механизм, с помощью которого гибриды могут иметь низкую приспособленность», — говорит Серведио. «Когда гибриды имеют низкую приспособленность, это, в свою очередь, может обеспечить отбор для родителей, чтобы они стали более избирательными в выборе партнеров, что является важным механизмом в разделении видов, поэтому он может иметь каскадный эффект»."Они попытаются, а затем сдадутся"
Университет Лихай расположен в «гибридной зоне», узкой полосе от северного Нью-Джерси до Канзаса, где проживает эта популяция гибридизированных синиц, что дает уникальную возможность для их изучения.Команда поймала гибридов и чистокровных птиц и держала их в вольерах, расположенных в кампусе Лихай в Вифлееме, штат Пенсильвания. Установив родословную посредством генетического тестирования, Маккуиллан и его коллеги провели два поведенческих теста, предназначенных для определения способности к обучению и памяти.
Чтобы проверить пространственную память птиц, он построил стену, содержащую 60 одинаковых резиновых карманов, содержимое которых было скрыто белым ремесленным помпоном. В одном из карманов находился восковой червь, очень желанный предмет еды.
Птиц вводили в стенку карманов таким же образом один раз в сутки в течение 7 дней. Это давало возможность наблюдать, насколько хорошо птицы запоминают местонахождение червя, который всегда прятался в одном и том же кармане.
«В первый день это случайный случай», — говорит Райс. «Каждый последующий день птицы должны все лучше и лучше находить карман с червем».Гибриды показали худшие результаты за период тестирования, чем любой из чистых видов.
«В среднем гибриды занимали больше времени, и для обнаружения червя требовалось больше проверок», — говорит МакКвиллан. «Гибриды сделали больше ошибок и просто не запомнили».Не было существенной разницы в производительности между двумя группами чистых видов.Чтобы проверить их навыки обучения, Маккуиллан представил птицам новую задачу, которую нужно было решить. Червяка поместили в небольшой колодец, просверленный в блоке, прикрепленном к стене вольера.
Команда обучила птиц кормиться из колодца, регулярно помещая в него червей. Во время теста МакКвиллан поместил на лунку круглую шайбу с прозрачным покрытием.
Птицы могли видеть червя через шайбу, но им нужно было придумать, как переместить шайбу, чтобы получить доступ к червю.У гибридов вероятность решения этой проблемы была значительно ниже, чем у чистопородных птиц.«Гибриды попытаются, а затем сдадутся», — говорит Маккуиллан. «Если они не получат этого в течение первых нескольких минут, они не получат всего этого. Эта тенденция стала очевидной».
Новая область исследования селективного недостатка гибридовКогнитивные способности природных гибридов — неизведанная область исследований. Эти результаты открывают новые возможности для изучения этой популяции гибридизующихся кур, а также других гибридных систем. Это также открывает новые области изучения видообразования в целом.
«Эволюционные биологи склонны сосредотачиваться на физиологическом дефиците, который поражает гибриды, как на явлении, которое поддерживает границы между видами синих», — говорит Рот, доцент кафедры психологии Франклина. Маршалл. «Однако наши исследования показывают, что снижение когнитивных способностей гибридов также может играть важную роль в сохранении видов».
Следующие шаги проекта гибридных синих включают в себя более глубокое изучение того, что может стоять за обнаруженными недостатками в обучении и памяти, в том числе изучение возможных генетических и физиологических причин.«Мы планируем провести дополнительные поведенческие тесты, чтобы выяснить, влияет ли контроль опыта и окружающей среды цыплят на результаты», — говорит Райс. «Понимание лежащей в основе нейроанатомии могло бы стать следующим шагом в изучении того, что объясняет их когнитивные недостатки.
Например, меньше ли конкретные области их мозга? У них меньше нейронов или меньше нейрогенеза, чем у их чистокровных родителей?»
Рот, чьи исследования сосредоточены на понимании процессов, посредством которых естественный отбор влияет на использование пространства животными, возглавляет изучение нейроанатомии цыплят.«В настоящее время мы находимся в процессе выявления различий в экспрессии генов и нейроанатомии у этих птиц, чтобы лучше понять нейронные механизмы этих когнитивных нарушений», — говорит Рот.