Интерес Харта к генетике воспроизводства был сосредоточен в основном на морских звездах и морских ежах. Как зоолог и популяционный генетик, он хочет знать: как один вид разделяется на два??
В недавнем проекте, посвященном этим скромным беспозвоночным, Харт и его коллеги обнаружили новую захватывающую часть этой эволюционной головоломки: коэффициент фертильности спаривающихся морских звезд зависит от того, какие формы репродуктивных генов у них есть. Другими словами, мужские и женские морские звезды с определенными типами генов могут успешно производить потомство, тогда как морские звезды с другими комбинациями пар генов не могут воспроизводить.
По мнению Харта, это открытие показало, что со временем генетическая несовместимость может привести к постепенному разделению популяции морских звезд на разные виды. Но это также имело более широкое значение для фертильности, и он задавался вопросом, нашли ли исследователи биологии оплодотворения и популяционной генетики аналогичные доказательства отбора для определенных комбинаций генов в других исследовательских системах.
Действительно, у мышей и людей исследователи изучали два типа генов: гены, экспрессируемые в оболочке яйца млекопитающих, которую Харт описывает как «волокнистую, сладкую, липкую массу», которая связывает сперму с яйцеклеткой, и гены. выражается в сперме, чтобы понять, как эволюция может происходить в генетическом коде.
У людей Харт работает над тремя специфическими генами. ZP2 и ZP3 — это гены оболочки яйца, названные в честь zona pellucida, технического термина, обозначающего оболочку яйца. Эти гены есть почти у всех млекопитающих, которые заставляют белки, взаимодействующие друг с другом, формировать оболочку яйца.
C4BPA отвечает за выработку белка сперматозоидов, который связывается с оболочкой яйца.
Еще в 2010 г. Рори Ролфс, которая сейчас работает в Калифорнийском университете в Беркли, обнаружила, что определенные формы гена ZP3 встречаются вместе с определенными формами гена C4BPA чаще, чем можно было бы ожидать, из-за одной случайности.
Такие ассоциации между генами, расположенными на совершенно разных хромосомах — как ZP2, ZP3 и C4BPA — редки в природе и обычно возникают, когда задействованные гены делают что-то очень важное для организма. С точки зрения эволюционной приспособленности, возможно, нет функции важнее, чем способность воспроизводить.
Очарованные результатами Рольф, Харт и его коллеги решили продолжить ее работу, временно оставив морских звезд и морских ежей, чтобы они углубились в геном человека.
Их последние открытия, которые намекают на нечто особенное в эволюции человека, поразили его.
Медленное продвижение к расхождению видов — отличительная черта эволюции. Тем не менее, данные Харта и его команды указывают на прямо противоположный процесс у людей. «Человеческие популяции не развиваются, чтобы стать репродуктивно изолированными друг от друга», — говорит он.
«У этих белков есть действительно важные, высококонсервативные функции», — говорит Харт о белках, кодируемых ZP2 и ZP3. Абсолютная необходимость этих белков для способности человека к воспроизводству заставляет исследователей ожидать, что большинство сайтов в генах, кодирующих эти белки, будут относительно неизменными в течение поколений, и этот феномен называется негативным отбором.
«Но есть несколько, которые кажутся сильно изменчивыми, и где вариация, по-видимому, поддерживается за счет положительного отбора», — добавляет он. "Вот что мы, кажется, нашли."
Некоторые из наиболее интригующих доказательств в поддержку этой идеи поступили от палеогенетиков. Эти ученые, изучающие геномы древних людей, идентифицировали точно такие же генетические варианты современных людей в генетических данных неандертальцев и денисовцев, человеческих родословных, которые мигрировали из Африки от сотен тысяч до миллиона лет назад.
Последовательность этих конкретных генов на протяжении большей части истории человечества неожиданным образом связывает работу Харта с широкой, переплетенной историей эволюции — от беспозвоночных до позвоночных.
В своей работе о морских звездах и морских ежах у Харта не было причин размышлять о несоответствии между тем, как люди выбирают себе пару, и тем, могут ли они успешно размножаться. «У многих морских животных, которые порождают сперматозоиды и яйца в планктон, взрослые организмы никогда не« встречаются »друг с другом», — говорит он. "Вместо этого отбор партнера, в той степени, в которой он происходит, происходит на уровне такого рода биохимических взаимодействий между спермой и яйцеклеткой."
«Сейчас мы действительно не думаем о том, что выбор партнера у млекопитающих происходит таким образом», — добавляет он, указывая на то, что человеческие «помощники» обычно выбираются посредством поведенческих взаимодействий, будь то в офисе или в баре. "Поэтому довольно удивительно, что эта молекулярная подпись отбора, действующая на эти гены, с наибольшей вероятностью влияет на приспособленность людей."
Таким образом, текущее исследование Харта побуждает нас задуматься о том, как естественный отбор работает в эволюции человеческого вида — возможно, в такой же степени на уровне невидимых молекул, как и на уровне атрибутов, которые мы можем видеть.
Харт представил это исследование на ежегодном собрании Общества интегративной и сравнительной биологии в 2016 году в Портленде, штат Орегон.