研究人员在三个杂交蚂蚁种群中发现了快速且可预测的基因组进化

在过去十年中，DNA测序革命揭示了两个不同物种之间的交配，即曾经被认为罕见的杂交，实际上在整个生命之树中广泛存在。这出人意料——杂交被认为主要是有害的，因为后代并不总是能存活并且可能像骡子一样不能生育。然而，许多研究表明，杂交可能会产生有益的后果，并帮助种群适应新环境。

例如，在人类中，由于50,000年前通过杂交获得的遗传物质，藏族人群适应了高海拔地区的低氧浓度，现代人和古代人类，现在已经灭绝的人群(如尼安德特人)。今年，诺贝尔生理学或医学奖授予SvantePääbo(马克斯普朗克研究所)，以表彰他在人类进化方面的工作，包括现代人与古代人类之间的基因交换。

了解杂交的后果，即两个不同物种之间的交配，产生杂交后代，很重要，因为它是自然界中普遍存在的现象。通过在物种之间转移遗传物质，它还可以帮助种群适应新的具有挑战性的环境，例如气候变暖。杂交的一个关键方面是可预测性，这也是一个重要的研究问题：如果我们可以多次重复相同的杂交事件，我们多久会得到相似的结果?

由于自然选择，种群的进化既快速又可预测

赫尔辛基大学的研究人员利用在芬兰南部发现的不同杂交木蚁种群来研究杂交是否可预测。他们发现，在两种木蚁物种之间发生多次杂交事件后，不同的杂交种群会朝着同一方向独立进化。如今，它们在遗传组成方面彼此高度相似，这表明杂交的结果是可以预测的。研究人员还确定，杂交发生在不到50代蚂蚁之前，大约125年前，使其成为野外进化相当迅速的案例。

“由于杂交在蚂蚁以外的许多其他物种中也很常见，我们的结果可以帮助更广泛地了解其后果。从长远来看，我们的工作将有助于更好地理解野外杂交的影响，并评估它是否可以帮助物种应对不断变化的环境，”赫尔辛基大学生物与环境科学学院的DocentJonnaKulmuni说。她领导蚂蚁研究已有15年。

知识的一小步还是一大步?

“两者兼而有之。芬兰木蚁提供了观察多个最近杂交事件的机会，尽管这种新近发生，但我们发现的可预测性非常高，这非常新颖，”来自芬兰科学院的研究员PierreNouhaud解释道。生物与环境科学，赫尔辛基大学。

“与此同时，我们的研究还证实了之前在包括人类在内的少数物种中获得的结果，这表明我们在木蚁身上看到的模式非常普遍。”

DNA包含有关种群进化史的信息

对于这项研究，研究小组在靠近Tvärminne动物园站的芬兰南部森林中收集了杂交个体。DNA在从父母传给后代时会积累突变，因此它包含有关种群进化史的信息。

访问这段历史需要研究人员重建红木蚂蚁的第一个参考基因组。然后，研究人员使用芬兰IT科学中心(CSC)的超级计算机对混合基因组进行了测序和分析。一些分析是与来自苏格兰和葡萄牙的科学家合作进行的。

使用计算机模拟重建过去的进化历史

“在进化时间尺度上，我们正在处理最近发生的事件，不到50代蚂蚁，它们几乎没有时间在DNA序列中留下足迹。这意味着很难区分相互竞争的假设。在我们的研究中，我们进行了计算机模拟考虑不同的进化情景来考虑这种不确定性并确保我们的结果是稳健的，”Nouhaud说。

该论文发表在PLOSBiology杂志上。

接下来，蚂蚁研究小组将在多年内监测杂交种群的基因组成，以寻找适应的证据，并测试杂交种是否可以结合两个物种的温度范围，这可能有助于木蚁应对气候变暖。根据Nouhaud的说法，这可能非常重要，因为木蚁是北方森林的重要物种：它们为许多物种提供食物，促进养分循环，捕食许多其他昆虫等等。没有它们，芬兰的森林肯定会大不相同。

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