Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

В наши дни существуют тысячи примеров. И все больше биологов сходятся во мнении, что быстрое развитие – это далеко не исключение. А благодаря достижениям в области генетики мы начинаем понимать, каким образом это происходит.

Записи Белла о колюшке до сих пор остаются одним из лучших задокументированных примеров. Помимо потери защитной чешуи рыба приобрела и другие признаки, типичные для пресноводных рыб (например, мелкие жабры). Иммунная система рыб также эволюционировала, чтобы лучше справляться с различными угрозами. Исследования, проведенные в начале этого года, показали, что популяция колюшки в Боденском озере (Швейцария) распадается на два вида буквально у нас на глазах. Обитатели главного озера имеют более длинный хребет и более прочную чешую, по сравнению с теми, кто живет в ручьях, впадающих в озеро.

Из генетических исследований мы узнали, что потеря чешуи происходит из-за мутаций в гене EDA, играющем роль в онтогенезе кожи. Эти мутации встречаются и у морской колюшки, хоть и очень редко. Они сохраняются на низких уровнях, поскольку данный признак – рецессивный. То есть рыба потеряет чешую только в том случае, если унаследует две копии мутантного гена.

Но как только колюшки попадают в пресную воду, в которой меньшая чешуя несет большую пользу, мутации становятся благоприятными и быстро распространяются под влиянием естественного отбора. Это объясняет, каким образом многократно развивался один и тот же признак по мере того, как колюшки заселяли озера после ледникового периода.

Похоже, такое предсуществующее генетическое разнообразие – и есть тот самый фактор, что позволяет популяциям быстро эволюционировать. Поддержка данной идеи основана на изучении колюшек в Заливе Кука (Аляска), которые только недавно перешли на пресноводный образ жизни. Чешуя этой рыбы осталась неизменной, а команда Белла обнаружила в данных особях меньшее генетическое разнообразие, чем у колюшки из озера Лоберг.

Как правило, быстрая эволюция связана с существующими мутациями. Однако новые мутации также могут сыграть свою роль. Например, комар обыкновенный развил резистентность к фосфорорганическим инсектицидам после того, как необычная мутация создала несколько копий одного гена, подаривших своему обладателю больше ферментов для расщепления пестицидов. Эта новая мутация распространилась по всему миру.

Новые виды в кратчайшие сроки

При правильных обстоятельствах стремительно развиваться могут даже новые виды. В 1866 году американские фермеры сообщили о появлении неизвестной личинки, поедающей яблоки – культуру, появившуюся двумя веками ранее. Энтомолог Бенджамин Уолш предположил, что «яблочная личинка» образовала новую линию боярышниковой мухи, перешедшей на другую диету. Уолш уже предполагал, что такой процесс может приводить к видообразованию.

Теперь мы знаем, что Уолш оказался прав. Генетические исследования показали, что боярышниковая муха находилась в процессе разделения на два вида. Более того, паразитические осы-наездники, личинки которых питались личинками насекомых, также находились в процессе распада на два вида.

Новых примеров появляется все больше и больше. Один вид рыб из озера в Никарагуа разделился на два всего за 100 лет. Новая разновидность развила в себе более узкую и острую голову и утолщенные губы, идеально подходящие для того, чтобы питаться насекомыми из расщелин. Основной вид обладал более крепкими челюстями и имел дополнительные зубы, позволяющие разламывать раковины улиток.

Лабораторные исследования показывают, что линии не скрещиваются друг с другом, даже находясь рядом. Это означает, что они уже находятся на пути становления отдельными видами.

Еще один пример – знаменитые галапагосские вьюрки. Супруги-ученые Питер и Розмари Грант изучают вьюрков на острове Дафни-Майор с 1973 года в рамках одного из долгосрочных исследований протекающей эволюции. В 2010 году они заявили, что, возможно, стал развиваться новый вид вьюрка. В 1981 году средний земляной вьюрок (Geospizafortis) с другого острова достиг Дафни-Майор и стал скрещивался с местными видами птицами, производя потомство с необычными клювами и песнями. Четыре поколения спустя, после сильной засухи, из-за которой погибло множество птиц, эта новая линия перестала скрещиваться с другими вьюрками. Не совсем ясно, почему прекратилось скрещивание, но если птицы будут продолжать избегать местных птиц, они скоро станут новым видом.

Список примеров продолжал расти, и Киннисон с коллегами начали систематизировать данные и смотреть, что эти данные говорят нам об эволюции. «Мы пришли к пониманию, что подобные случаи были вовсе не исключением, а новой нормой». Теперь, как считает Киннисон, понятие «быстрая эволюции» скорее сбивает с толку, поскольку указывает, что обычно эволюция проходит медленно. Киннисон предлагает более корректное название – «современная эволюция». Конечно же, доказать, что современная эволюция стала нормой развития миллионов видов по всему миру, – задача не из легких.

Если быстрая эволюция действительно была нормой, то почему же ископаемые и генетические исследования говорят об обратном? Возможно, потому, что новые виды и признаки не только быстро развиваются, но и быстро исчезают, не оставляя следов в ископаемых или генетическом материале.

Обратная эволюция

Наглядный пример обратной эволюции также родом с Галапагосских островов. В 1977 году засуха на Дафни-Майор уничтожила растения с мелкими семенами, и многие из питавшихся ими вьюрков погибли. Особи с большими клювами могли питаться более крупными семенами, поэтому чувствовали себя немного лучше. А спустя несколько поколений размер клюва увеличился на 4 %. Во влажный 1983 год мелкие семена снова появились в большом количестве, и эволюция пошла в обратном направлении.

Видообразование может идти в обратном направлении. На соседнем острове Санта-Крус два зарождающихся вида снова сливаются в один. Исследовательская работа, проведенная в 1960-х годах, показала, что вьюрки на этом острове разделились на две линии: с крупными и мелкими клювами, в зависимости от размера поедаемых семян. В настоящее время большинство птиц обладает клювами среднего размера. Скорее всего, это связано с тем, что люди кормят птиц рисом, а это делает маленькие или большие клювы менее полезными.

Также было обнаружено много других примеров. Озеро Виктория в Восточной Африке стало домом для более 500 видов цихлид, многие из которых образовались за последние 15 000 лет. Сейчас многие виды снова объединяются. Причина в том, что самки узнают самцов своего вида по яркому окрасу. Поскольку в результате человеческой жизнедеятельности озеро начало мутнеть, самки все чаще размножаются с самцами другого вида, создавая гибридов, которые в конечном счете и заменят два первоначальных вида.

Такие эволюционные колебания могут стать новой нормой. В результате изменения давления отбора популяции развиваются быстрее сначала в одном, затем в другом направлении, а затем возвращаются туда, откуда начали.

Эволюционные «качели» могут обуславливаться не только внешними факторами (например, погода), но и взаимодействием между видами. Около десяти лет назад команда Нельсона Хэйрстона из Корнелльского университета в Нью-Йорке начала эксперименты с одноклеточными водорослями и питающимися ими крошечными животными под названием «коловратки». Ученые ожидали увидеть классический цикл «хищник-жертва»: снижение количества водорослей на фоне увеличения численности коловраток, последующий спад количества хищников из-за сокращения запаса пищи, дальнейшее восстановление популяции водорослей и т. д. Но ученые заметили неожиданные закономерности. Иногда популяция коловраток росла даже при постоянной численности водорослей.