Один из возможных механизмов — хромосомные перестройки, когда большие участки генома переворачиваются, удаляются или копируются. Но обнаружить их сложно, особенно у диплоидных организмов (тех, у кого два набора хромосом — по одному от каждого родителя).

Результаты опубликованы в издании Science.

Группа биологов во главе с Захарией Гомпертом из Университета Юты изучила палочников Timema cristinae — насекомых, которые маскируются под растения. Одни особи зеленые и прячутся в кустах калифорнийской сирени, другие — с белой полосой на спине, сливающейся с листьями чамизы.

Оказалось, что эта адаптация связана с крупными хромосомными перестройками: миллионы пар оснований ДНК у них перевернуты или перемещены в другое место.

Раньше ученые анализировали усредненные данные по двум наборам хромосом, но это давало лишь общую картину. Теперь, благодаря новым методам секвенирования, удалось собрать геномы по отдельности и увидеть, как именно перестройки помогают насекомым выживать.

Технология фазового геномного секвенирования позволила нам разобраться, как возникла разная окраска у этих палочников, — объясняет Гомперт.

Похоже, хромосомные перестройки встречаются чаще, чем мы думали, и играют важную роль в эволюции.

Проблема в том, что стандартные методы анализа ДНК часто пропускают такие изменения.

Мы работаем с «темной материей» генома, — говорит ученый. — Раньше у нас просто не было инструментов, чтобы ее разглядеть.

Исследование поддержали Национальный научный фонд США и Европейский исследовательский совет. В нем участвовали специалисты из Франции, США и Великобритании.

Этот проект важен по нескольким причинам:

• Показывает, как эволюция использует крупные мутации. Раньше считалось, что адаптация — это множество мелких изменений, но теперь ясно, что иногда «квантовый скачок» в ДНК дает преимущество.
• Раскрывает механизмы маскировки. Понимание того, как насекомые подстраиваются под растения, может помочь в сельском хозяйстве или даже в разработке камуфляжа.
• Демонстрирует возможности новых технологий. Фазовое секвенирование открывает путь к изучению сложных геномных перестроек у других видов, включая человека.

Ранее ученые нашли подсказки к эволюции нервной системы у губки, которая вообще обходится без нервов.