Научные сотрудники Института систематики и экологии животных СО РАН совместно с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН и Новосибирского государственного университета провели обширные исследования начальных этапов эволюции в группе скальных полевок рода Alticola. Ольхонская полёвка (A. olchonensis) — это небольшой грызун, обитающий на островах Байкала.

Её таксономический статус долгое время оставался спорным: одни учёные считали её подвидом тувинской полёвки (A. tuvinicus), другие — самостоятельным видом. Разрешить этот спор, опираясь не только на морфологические признаки или анализ ДНК, а на фундаментальный критерий биологического вида — репродуктивную изоляцию, и было главной задачей этого исследования. Уникальность проведенной работы заключается в комплексном экспериментальном подходе, который ранее не применялся к этой группе животных. Для этого были созданы лабораторные колонии трёх групп: собственно ольхонской полёвки, а также двух географически изолированных форм тувинской полёвки — «тувинской» (с горных степей Хакасии и Тувы) и «хубсугульской» (с побережья озера Хубсугул в Монголии). Между ними были проведены контролируемые скрещивания, получены гибриды первого (F1) и второго (F2) поколений, а также обратные скрещивания (бэккроссы).

Первое поколение гибридов (F1) оказалось в основном фертильным, что на первый взгляд говорит о слабой изоляции. Однако у них уже наблюдалось резкое увеличение доли аномальных сперматозоидов (до 81% против менее 9% у чистых линий). Это первый тревожный сигнал. Настоящие проблемы проявились у гибридов F2 (потомков от скрещивания гибридов F1 между собой) и у части бэккроссов. У них были обнаружены серьёзные нарушения сперматогенеза: резкое сокращение количества сперматид и множественные нарушения морфологии сперматозоидов.

Чтобы понять корень проблемы, учёные заглянули внутрь клеток гибридов на критической стадии формирования половых клеток — мейозе. Именно здесь гомологичные хромосомы должны найти друг друга и спариться по всей длине одинаковыми участками (синаптировать). Оказалось, что у гибридов с остановкой сперматогенеза этот процесс давал сбой: не все хромосомы успешно синаптировали. Неспаренные участки, которые с этим процессом не справились, вызывают беспокойство клетки и она начинает процесс "заглушения" на них транскрипции (мейотический сайленсинг). Большое число районов мейотического сайленсинга может приводить к остановке мейоза и гибели клетки. В результате у гибридов происходит или остановка сперматогенеза, или различные нарушения дальнейшего формирования гамет. Этот механизм и является основной цитологической причиной снижения фертильности у гибридов.