Естественный отбор беспощадно уродует животных

Один из главных процессов эволюции — естественный отбор — разворачивается прямо на наших глазах. За последние полвека на Земле появились насекомые, не боящиеся пестицидов, мыши, не чувствительные к яду, и бактерии, устойчивые к антибиотикам. Кто и каким образом приспосабливается к неблагоприятным условиям?

Пережившие ураган

Летом 2017 года группа ученых из Гарвардского университета наблюдала за популяциями небольших ящериц Anolis scriptus, обитающих на островах Теркс и Кайкос в Вест-Индии. Через четыре дня после окончания экспедиции на архипелаг обрушились ураганы "Ирма" и "Мария". Спустя шесть недель биологи вернулись туда для повторного сбора данных.

Выяснилось, что после стихийного бедствия ящерицы заметно изменились — у выживших пальцы на лапах оказались в среднем длиннее, передние конечности — больше, тело — короче, а бедренные кости — меньше. Ученые предположили, что эти признаки помогли рептилиям пережить ураган, и теперь они закрепятся в следующих поколениях Anolis scriptus, живущих на островах.
 

 
Искусственная эволюция

Так, благодаря разбушевавшейся стихии исследователи впервые наблюдали естественный отбор в природе. До этого процессы адаптации живых организмов к меняющимся условиям среды и видообразование искусственно моделировались в лабораториях.

Чаще всего объектом изучения становились бактерии — они достаточно быстро размножаются, и геном у них небольшой по размеру, что позволяет за относительно короткое время исследовать процессы, на которые у более сложных организмов уходят тысячи лет. Самый известный эксперимент, начавшийся в 1988 году и продолжающийся до сих пор, поставила группа ученых из университета штата Мичиган, возглавляемая эволюционным биологом Ричардом Ленски.

В феврале 1988 года исследователи создали двенадцать популяций одного штамма кишечной палочки Escherichia coli (E. coli) и поместили их в искусственную среду, где единственным источником пищи была глюкоза. Кроме того, в растворе присутствовал цитрат, но E. coli не могли им питаться.
 

 
За тридцать лет (сменилось более 68 тысяч поколений кишечной палочки) бактерии во всех популяциях укрупнились и научились эффективнее усваивать питательные вещества, в том числе цитрат. Мутации, позволившие E. coli адаптироваться к среде обитания, во всех популяциях были разные, но происходили в одних и тех же генах — каждое бактериальное сообщество старалось найти свой путь в эволюции.

Зубы крепче, головы больше

Иногда сложные организмы приспосабливаются к условиям среды не тысячелетиями, а гораздо быстрее. Например, стенные ящерицы Podarcis sicula, обитающие на одном из островов в Адриатическом море, всего за 36 лет изменили размер, форму головы и строение пищеварительного тракта, хотя генетически они все еще неотличимы от сородичей, живущих в других местах.

В 1971 году исследователи перевезли пять пар взрослых особей Podarcis sicula с острова Под Кописте на соседний Под Маркару. Условия на новом месте напоминали привычную среду обитания, но там практически не было наземных хищников, и уже через тридцать лет рептилии, распространившиеся по всему острову, внешне отличались от сородичей на Под Кописте.
 

 
Ящерицы-переселенцы увеличились в размерах, стали медленнее бегать (у них укоротились задние конечности), головы выглядели более массивными, а зубы были крепче, ведь на Под Маркару им пришлось главным образом питаться жесткими и волокнистыми растениями, а не насекомыми, как прежде. Из-за изменений в диете у животных возникла и новая структура в желудочно-кишечном тракте — илеоцекальный клапан, образующий в кишке своеобразные камеры брожения, в которых микробы расщепляют трудноперевариваемые кусочки растительной пищи.

Жизнь на острове делает умнее

Вообще, островные животные, как правило, больше интересуют ученых, чем их материковые сородичи, — на островах эволюция быстрее. Крупные животные, попав в изоляцию мельчают, маленькие, наоборот, становятся огромными, причем порой за очень короткий срок.

Жизнь на островах подчас дает и совсем неожиданные преимущества. Как выяснила международная группа ученых, проанализировав данные о размере мозга у одиннадцати с половиной тысяч птиц, принадлежащих к 1931 виду, мозг островных пернатых больше, чем у материковых сородичей, и это результат эволюции.

 

Условия обитания на островах менее предсказуемы, а в случае ухудшения ситуации переселиться в другое место труднее, чем на континенте. Поэтому большой мозг, способный на более сложное адаптивное поведение, служит эволюционным преимуществом. Эти выводы подтверждают наблюдения за новокаледонским вороном (Corvus moneduloides), умеющим пользоваться орудиями труда и воссоздавать их по памяти, и дятловым древесным вьюрком (Camarhynchus pallidus), способным применять инструменты и даже обрабатывать их.

Мыши, которых невозможно отравить

Неблагоприятные условия обитания заставляют стремительно эволюционировать и материковых животных. Так произошло с обычными домовыми мышами. С 1950-х годов их травили ядом варфарином — отдельные особи, устойчивые к этому пестициду, встречались уже в 1964 году, а к 2011-му ученые описали популяцию домовых мышей (Mus musculus domesticus), на которых варфарин не действует вообще.

Столь быстрая адаптация (60-70 лет — ничто по меркам эволюции) произошла из-за невероятно быстрого размножения этих грызунов. Как указывают немецкие исследователи, устойчивость к яду — результат мутации в гене vkorc1, присутствующем в геномах всех млекопитающих и отвечающем за работу витамина К.

Постоянные попытки человека уничтожить тех или иных вредителей и паразитов, как правило, выходят боком. Именно желание победить смертельно опасные инфекции привело к возникновению супербактерий, устойчивых к антибиотикам, а стремление обезопасить растения от насекомых — к распространению животных, устойчивых к пестицидам. За последние полвека зарегистрировано более двух с половиной случаев адаптации насекомых-вредителей к различным ядам.