Яйца кукушек разнообразны по окраске, соответствуя яйцам видов-хозяев, при этом кукушка остается единым видом. Международная группа, в которую вошли и российские ученые, описала принципы наследования окраски яиц у двух близких видов кукушек — обыкновенной и глухой. Оказалось, что у обыкновенных кукушек наибольший вклад вносит материнская ДНК (мтДНК и W-хромосома), которые отвечают в том числе за формирование голубой окраски у одной из линий. В то же время у глухих кукушек, отличающихся главным образом по паттернам пятнистости яиц, основной вклад в изменчивость вносит географическая структура популяций и аутосомная изменчивость.
Изображение:
Яйца обыкновенной горихвостки и мимикрирующее голубое яйцо кукушки (слева)
Credit:
Яйца кукушек необычайно разнообразны как по цвету, так и по паттернам пятнистости. Для гнездовых паразитов специализация окраски яиц под определенный вид-хозяин является важным эволюционным фактором, который способствует дифференциации популяций и видов. На ряде птиц показано, что бипарентальное наследование окраски в сочетании с выборочным спариванием приводит к видообразованию. Однако обыкновенная кукушка остается единым видом, хотя паразитирует на нескольких видах-хозяевах. Известно, что наследование по материнской линии — через мтДНК или W хромосому (у птиц самки имеют две различные половые хромосомы, обозначаемые ZW, а самцы — две одинаковые, ZZ) — меньше зависит от выборочного спаривания и меньше способствует видообразованию. Текущие исследования подтверждают, что именно так наследуется окраска (но не паттерн узоров) яиц у кукушек: дочери откладывают яйца того же цвета, что матери.
Группа исследователей, включающая российских орнитологов, описала принципы наследования окраски яиц у двух близких видов кукушек — обыкновенной (Cuculus canorus) и глухой (C. optatus).
Авторы проанализировали по унипариетальным (мтДНК и W хромосома) и бипарентальным (Z-хромосома и аутосомы) маркерам генетическую изменчивость 202 обыкновенных и 50 глухих кукушек, имеющих 21 и 4 вида-хозяина, и 11 и 4 морфы яиц соответственно.
Анализ материнских гаплотипов выявил семь основных гаплогрупп для обыкновенной кукушки и четыре для глухой кукушки. При этом оказалось, что европейские и азиатские линии разошлись 1,4–2,9 миллиона лет назад, еще до отделения глухой кукушки как вида (менее миллиона лет назад). Любопытным исключением стала линия кукушек из Финляндии, кластеризующаяся преимущественно с азиатскими гаплогруппами.
Анализ аутосомной вариации выявил пять генетических кластеров в обоих видах. При этом у обыкновенных кукушек аутосомные генотипы демонстрируют высокую степень изоляции расстоянием, а материнские гаплотипы слабо коррелируют с географией (что может указывать на более активную миграцию самок). У глухих кукушек ситуация обратная — материнские гаплотипы демонстрируют большую изоляцию расстоянием, чем аутосомные.
В дальнейший анализ включили только самок с известной цветовой морфой яиц (60 обыкновенных и 27 глухих), чтобы изучить принципы её наследования.
У глухих кукушек, у которых окраска яиц различается только паттерном пятен на скорлупе, основным предиктором окраски была географическая локация (R2 = 0,78), при этом ассоциация с материнской и аутосомной генетической структурой была значительно слабее (R2 = 0,04 и 0,02). В то же время у обыкновенных кукушек основным предиктором окраски оказался материнский генотип (R2 = 0,26) с меньшей ассоциацией с географической локацией и аутосомной вариацией (R2 = 0,16 и 0,02).
У обыкновенных кукушек существуют материнские линии с голубой окраской яиц без пятен, резко отличающейся от «стандартных» коричневых пятнистых яиц. При исключении их из анализа ассоциация с материнской ДНК снижалась, но всё ещё оставалась заметной.
Наконец, авторы проанализировали, какие конкретно участки генома связаны с окраской яиц. Среди аутосомных генов ассоциации с окраской были показаны в том числе для RLN3 (задействован в передаче сигналов в гипофизе и яйцеводе), BLVRA (задействован в катаболизме гемов), HINT1 (задействован в эмбриогенезе и гормональном сигналинге) и ряде других генов, участвующих в гормональном сигналинге, поддержании митохондриального гомеостаза и реакции на оксидативный стресс. Также выявленные регионы генома включали гены, подавляющие рекомбинацию.
Крайне интересная ситуация наблюдалась с материнской ДНК — анализ показал, что у кукушек в W хромосоме присутствует копия аутосомного гена NDUFAF4, задействованного в формировании НАДН-дегидрогеназного комплекса, которая несет большое количество однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), фиксированных в линиях с голубыми яйцами. Все 116 SNP, которые были связаны с голубой окраской яйца, находились на хромосоме W.
Матрилинейное наследование может обеспечить распространение генетической изменчивости внутри вида, не приводящее к его разделению. Когда отбор действует как на самцов, так и на самок, адаптация к разным хозяевам может разделять популяции вида — гнездового паразита и в итоге создавать новые виды. У кукушки, напротив, самки могут спариваться с любым самцом, не теряя адаптации к хозяину. Перемешивание генотипов во всей остальной части генома сохраняется. «Именно это мы и наблюдаем: огромная популяция кукушек по всей Евразии генетически практически идентична в пределах участков ДНК, унаследованных от обоих родителей», — говорит руководитель работы Йохен Вольф из Института биологического интеллекта Общества Макса Планка (Германия).
Таким образом, окраска яиц у кукушек наследуется сложным образом: пятнистость контролируется преимущественно аутосомными, а окраска — унипарентальными материнскими генами. Для описания конкретных путей формирования окраски яиц и роли в них отдельных генов необходим дальнейший функциональный анализ выявленных генов-кандидатов.
Источник
Justin Merondun, et al., Genomic architecture of egg mimicry and its consequences for speciation in parasitic cuckoos // Science 390,527-532, published October 30, 2025, DOI: 10.1126/science.adt9355