Hybridisering mellan arter bidrar till darwinfinkarnas evolution

Den traditionella uppfattningen inom biologin har varit att olika arter sällan eller aldrig parar sig och får livskraftiga avkommor. På senare tid har dock allt fler studier visat att ett visst genflöde mellan arter är vanligare än man tidigare trott. Forskare vid Uppsala universitet och Princeton kan nu visa hur hybridisering mellan två arter av darwinfinkar har påverkat evolutionen av deras näbbar.

Från en enda ursprungsart som koloniserade ögruppen för 1-2 miljoner år sedan har darwinfinkarna på Galápagos utvecklats till 18 olika arter. Vissa arter har bildats under de senaste hundratusen åren. Rosemary och Peter Grant vid Princeton University (medförfattare till den nya forskningsartikeln) studerade populationer av darwinfinkar på den lilla ön Daphne Major under 40 års tid. De observerade att det förekom viss hybridisering mellan två distinkta arter, kaktusfink (common cactus finch) och en markfink (medium ground finch). Kaktusfinken är större, har spetsig näbb och födosöker i stor utsträckning på kaktusar. Markfinken har en trubbig näbb väl anpassad för att krossa frön.

– Vi observerade att dessa två arter hybridiserade då och då, och kunde konstatera att deras näbbar blev mer lika under de 40 år vi bedrev fältarbete på Daphne Major. I synnerhet blev kaktusfinkens näbb mindre spetsig. Vi undrade om detta kunde bero på genflöde mellan de två arterna, berättar Rosemary och Peter Grant.

I studien som nu publiceras i Nature Ecology and Evolution har forskarna besvarat denna fråga genom att bestämma DNA-sekvensen för olika grupper av dessa två arter från olika tidsperioder och med olika utseende på näbbarna.

– Vi kan tydligt visa att det förekommit ett betydande genflöde, i synnerhet från markfinken till kaktusfinken, säger Fan Han som tidigare i år disputerat på Uppsala universitet med en avhandling om evolution hos darwinfinkar och sill.

– Ett oväntat fynd var att genflödet var nästan obefintligt för Z-kromosomen, en av könskromosomerna, men omfattande för andra kromosomer. Hos fåglar, är hanens könskromosomer ZZ och honor har ZW, i motsats till däggdjuren där hannar är XY och honor XX, säger Fan Han.

Detta resultat stämmer väl överens med Rosemary och Peter Grants fältobservationer från Galápagos. De flesta hybrider som identifierades hade en kaktusfink som pappa och en markfink som mamma. Hybridhonor parade sig i sin tur med kaktusfinkhanar och kunde därmed överföra gener mellan arterna. Däremot kunde inte hybridhannarna konkurrera med de något större kaktusfinkarna om de bästa reviren och om honor, så de bidrog nästan inte alls till genflödet mellan arterna

Förklaringen till detta är att darwinfinkar präglas på sin pappas sång. Hannar kommer att sjunga en sång som liknar pappans och honor föredrar att para sig med hannar som sjunger som deras egna pappor. Dessa hybridhonor får Z-kromosomen från kaktusfinkpappan och W-kromosomen från markfinkmamman. Detta förklarar varför det inte blir något genflöde för Z-kromosomen via dessa hybridhonor medan genflöde sker i resten av arvsmassan där föräldrarna bidrar lika mycket.

– Våra resultat visar tydligt att hur framgångsrika dessa hybrider är beror i hög utsträckning på konkurrens med andra individer och hur miljöfaktorer påverkar födotillgången, säger Leif Andersson vid Uppsala universitet som lett studien.

– De långsiktiga konsekvenserna av denna arthybridisering beror på framtida miljöförhållanden och konkurrens. Ett möjligt scenario är att artbarriären bryts ner helt och det blir en enda art. Ett mer troligt scenario är att de fortsätter att utvecklas som två arter med preferens för olika födotillgångar, i detta fall kaktus eller fröer, och som ibland hybridiserar. Eller också kan artbarriären förstärkas om hybriderna kommer vara sämre anpassade än icke-hybrider. Vår studie bidrar till att öka förståelsen hur biodiversitet utvecklas, säger Leif Andersson.

Kontaktuppgifter:

Professor Leif Andersson, Uppsala universitet, SLU & Texas A&M University, mobil 070-425 0233, e-post Leif.Andersson@imbim.uu.se

Professorerna Peter och Rosemary Grant, Princeton University, telefon: +01-609 258 3845, e-post: prgrant@princeton.edu

Sangeet Lamichhaney, Fan Han, Matthew T. Webster, B. Rosemary Grant, Peter R. Grant, Leif Andersson, Female-biased gene flow between two species of Darwin’s finches, Nature Ecology & Evolution, DOI: 10.1038/s41559-020-1183-9