Быстрая экспериментальная эволюция: учёные показали процесс видообразования за 4 года

Американским учёным из Университета Юты удалось продемонстрировать процесс эволюции всего за 4 года, в реальном времени. Их опыт показал, каким образом запускается процесс видообразования под влиянием разной среды на представителей одного вида. Их исследование опубликовано в журнале PNAS.

Действительно эволюция привела к современному состоянию биоразнообразия? Этот вопрос уже давно не беспокоит мировое научное сообщество.

Современная синтетическая теория эволюции, несмотря на её название, не является лишь предположением или мнением отдельных учёных. Она даёт объяснение механизмам эволюционного процесса, ответственного за возникновение и разнообразие жизненных форм на Земле и является на сегодня бесспорным научным фактом.

Наиболее известным двигателем эволюции является естественный отбор. Его часто ошибочно трактуют как правило «выживает сильнейший», но правильнее говорить: выживает наиболее приспособленный.

Это означает, что организмы, в которых из-за мутации возникли признаки, способствующие их лучшему приспособлению к среде, имеют более высокие шансы на выживание по сравнению с организмами, которые таких полезных приспособлений не имеют.

Итак, у них также выше шансы на успешное размножение и передачу этих полезных приспособительных черт своему потомству. Так возникают новые виды живых организмов.

Учёные из Юты позволили лучше понять этот процесс. Им удалось в опыте всего за 4 года наглядно продемонстрировать то, каким образом может происходить видообразования.

Правило Гаррисона

В эволюционной биологии существует понятие правила Гаррисона. Оно описывает явление приспособления в ходе эволюции паразитов к своим хозяевам. Его сформировал австралийский биолог Ланселот Гаррисон ещё в начале прошлого века.

Исследователь предложил это правило для объяснения широкого многообразия видов птичьих вшей, которые являются родственниками в пределах рода. К примеру, в некоторые роды входят сотни видов насекомых.

Из этого правила можно выделить и такую тенденцию: чем больше размеры тела хозяина, тем больше их паразиты, и наоборот.

В своей статье американские учёные говорят о высокой взаимозависимости между размерами тела разных видов голубей и их специфическими видами паразитов – вшей-пухоедов Columbicola. Именно эти животные использовались в опыте, который показал действие естественного отбора за 4 года.

Пухоедов Columbicola columbae перенесли из диких голубей на разного размера лабораторных. Это были и обычные уличные голуби, и порода голубей значительно большего размера, которую вывели из этих самых уличных.

Пухоеды должны быть достаточно малыми, чтобы прятаться между бородками пера. Источник: Scott Villa

Сообразуясь с правилом Гаррисона, размер тела этих вшей напрямую зависит от размеров тела птицы-хозяина. Дело в том, что они должны обладать достаточно малым размером, чтобы спрятаться от голубиного клюва между бородками перьев во время его чистки. С другой стороны, если поместить таких паразитов на больших хозяев (размер перья которых тоже больше), то они передвигаются по нему значительно медленнее, поскольку расстояние между бородками больше. В таком случае они должны быть большими, чтобы быстро передвигаться по перьям, но при этом иметь возможность откладывать больше яиц.

Итак, с одной стороны размеры тела пухоедов ограничиваются способностью прятаться между бородками, а с другой – возможностью быстро передвигаться и давать больше потомства.

Стоит отметить, что размеры тела – это всё же наследственная свойство: крупные особи имеют большое потомство, меньшие – порождают меньших размеров потомство. Независимо от размеров тела хозяина, отдельные особи не смогут приспособиться к птице-хозяина. Всё решает только естественный отбор, когда вши с оптимальными размерами имеют больше шансов на размножение и, соответственно, передачу этих же размеров потомству.

После 4-х лет эксперимента, когда на птицах поменялось уже более 60 поколений паразитов, учёные обнаружили, что пухоеды в 2-х группах птиц отличаются размерами (что и ожидалось). Но когда учёные клали вместе самцов и самок разного размера – они не давали потомства, что свидетельствует о начальных стадиях нового вида.

Чтобы разобраться, учёные решили заснять брачное поведение насекомых. Они положили их на тарелку с перьями голубей, приготовили камеру и стали ждать. Но оказалось, что насекомые испуганные и им совсем не до того.

«Было много проб и ошибок. Ещё никто не снимал спаривания вшей, я гарантирую это», – рассказал эволюционный эколог из Университета Эмори Скотт Вилла, главный автор научной статьи.

Ситуацию спасла случайная находка – нагревательная прокладка, которую принес один из сотрудников. Настроив ее на температуру тела птицы, пухоеды стали более раскованными.

Шах и мат, креационисты

«То, что мы увидели, было удивительным: самцы просто физически не могли соединиться с самками, поэтому мы считаем, что именно так начинают формироваться новые виды», – сказал Скотт Вилла.

«Мы знали, что в диких, больших видов птиц имеются большие виды вшей. Но чего мы не знали, и получилось из этого исследования, это то, что из-за особенностей процесса спаривания адаптация к новому хозяину путем изменения размера автоматически влияет на успех репродукции».

В норме, самки этого вида вшей где-то на 13% больше самцов. Самцы имеют специальный вырост, которым цепляются к самкам во время спаривания, когда подползают под живот самки. Если самец будет очень маленьким, то он не дотянется до половых органов самки, а если слишком большим, то превысит женскую особь. В обоих случаях провала не избежать.

Именно это и наблюдали ученые в ходе эксперимента. В случаях, когда все же разноразмерными парам удавалось спариться, количество яиц и потомства даже в сравнение не шли с таковыми у нормальных пар.

Самец слишком мал, чтобы спариться с самкой. Источник: Villa et al. PNAS

«Люди изучают явление видообразования у разных видов – от плодовых мушек до рыбы и палочников. Но они всегда исследуют недавно развитые виды или популяции, которые уже эволюционно разошлись, и пытаются понять, почему они больше репродуктивно несовместимы», – добавил Дейл Клейтон, профессор биологии из Университета Юты и соавтор исследования.

«Мало кто взял одну популяцию и эволюционировал её в природных условиях в двух разных популяций, которые не могут между собой скрещиваться. Это новый подход».

Исследования экспериментально демонстрирует экологическое видообразование, концепцию, которую первым предложил Чарльз Дарвин. Различные популяции одного вида локально приспосабливаются к своей среде. Эти приспособления могут вызвать репродуктивную изоляцию и, наконец, привести к возникновению нового вида.