Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов - Джонатан Б. Лосос

Должен признать, что я почувствовал глубокое волнение, увидев свое имя в первом разделе «Нью-Йорк Таймс» и на первой полосе «Бостон Глоуб», не говоря уже о «ЮЭсЭй Тудей» и многих других газетах и журналах. «Эй-би-си Ньюс» показали репортаж, хотя и не с места событий. Я принимал поздравления от друзей и коллег, ближних и дальних. Главная мысль заключалась в том, что мы наглядным образом продемонстрировали удивительно быструю эволюцию, и удалось нам это с помощью эксперимента, проведенного в условиях дикой природы. Даже с учетом исследований Эндлера и Резника это все равно было большим событием.

Так же, как в случае с гуппи, целью нашей работы было изучить предсказуемость эволюции, протестировав наблюдения за природной вариативностью. Находясь в процессе адаптации на протяжении многих миллионов лет, ящерицы анолисы отличаются друг от друга длиной лап в зависимости от диаметра используемых ими поверхностей. Получим ли мы тот же самый результат по прошествии нескольких лет, если поместим изначально похожие популяции на острова с разным типом растительности? Ответом нам было «да». По прошествии десяти лет эволюции четырнадцать наших популяций отличались друг от друга пропорциями конечностей: длина их лап была пропорциональна ширине веток, по которым они лазили. Так же, как в исследованиях, посвященных гуппи, мы могли предсказать, как будут эволюционировать ящерицы: воссоздайте условия, в которых находятся природные популяции, и экспериментальные сообщества будут адаптироваться повторно тем же самым образом.

НО ТАК ЖЕ, КАК В СЛУЧАЕ С ГУППИ, нам пришлось рассмотреть и другую возможность: различия в длине лап между популяциями не были результатом возникших генетических изменений. Когда я проводил беседы по данному исследованию, то в аудитории всегда находился человек – как правило, докучливый ботаник, – который задавал вопрос о фенотипической пластичности. А были ли в действительности различия между популяциями результатом генетического изменения? Не могло ли случиться так, что у ящериц, рожденных на островах со скудной растительностью, просто вырастали более короткие лапы?

Мне казалось немыслимым, что на длину лап ящерицы может повлиять диаметр используемых ею поверхностей.

Как может узкий насест, которым ящерица пользуется с раннего возраста, заставить лапы расти меньше? Но мне продолжали задавать этот вопрос, и я знал, что мне придется на него ответить.

Я перелопатил библиотеку, чтобы выяснить, что известно о влиянии диаметра насеста на интенсивность роста конечностей у ящериц. Это не заняло много времени, потому что никто еще не изучал данную проблему. Тем не менее я нашел немало соответствующей литературы на тему влияния двигательной активности на рост конечностей у позвоночных животных. Общей целью данной работы было определить, повлияла ли разного рода двигательная активность на то, как развивались у животного конечности в период его роста. Эти исследования включали ряд самых диковинных экспериментов, о которых я раньше не слышал.

Так, в одном исследовании ученые заставляли молодую лабораторную мышь бегать по колесу-тренажеру по десять часов в день, в то время как контрольная группа мышей бездельничала в своих клетках. В другом эксперименте молодых крыс бросали в ванну, наполненную водой, и заставляли их плавать в течение четырех часов. Или вот еще пример: цыплят помещали на беговую дорожку и заставляли их подолгу двигаться.

Результаты этих экспериментов были довольно похожими. У животных, которых подвергали продолжительным физическим нагрузкам, формировались более толстые кости конечностей. В данном случае можно провести параллель с людьми: у тяжелоатлетов более толстые кости рук, чем у других людей. А причина в том, что кость на самом деле – очень подвижная субстанция, она постоянно потребляет или теряет кальций. Когда кость испытывает нагрузку, например, во время спортивных занятий, то в ней увеличивается потребление кальция для придания ей большей силы. Таким образом, ширина кости – это пластичный признак, на который влияет поведение животного.

Но наши результаты не касались ширины кости. Мы изучали ее длину. И по большей части в ходе данных исследований мы не обнаружили различий в длине конечностей, обусловленных двигательной активностью. Однако было одно заметное исключение – исследование 1950-х годов, посвященное профессиональным теннисистам мужского пола. Если задуматься, то профессиональные игроки бьют по мячу с раннего детства, подвергая регулярной серьезной нагрузке свои руки на протяжении всего периода роста организма.

Привлекательность данного исследования заключалась в том, что каждый индивидуум мог сам осуществлять над собой собственный контроль, сравнивая нагрузку подающей и неподающей руки.

И действительно, когда бьешь по теннисному мячу годами, без перерыва, то твоя рука и вправду становится длиннее[37]. Измерения осуществлялись на рентгеновских снимках, так что были заметны различия в изменении – именно кости, а не связок или мышц.

Очевидно, использование конечностей тем или иным образом в период их роста может повлиять на их длину. Гипотеза о фенотипической пластичности была не такой уж неправдоподобной. Но между профессиональными теннисистами, бьющими по мячу, и ящерицами, висящими на ветках, все-таки существенная разница. Было понятно, что нам придется заняться изучением пластичности.

Самым очевидным способом было поймать на исследуемых нами островах молодых ящериц (или самку, высиживающую яйца), выращивать их всех в одинаковых лабораторных условиях и наблюдать, будут ли проявляться различия. Однако в тот момент у нас продолжались исследования, а популяции были маленькими. Мы боялись, что если переместим большое количество ящериц с островов, это повлияет на результаты нашего эксперимента. Так что эксперимент с общей посадкой пришлось исключить.

Мы перешли к плану Б – противоположному варианту. Вместо того, чтобы брать ящериц из разных популяций и выращивать их в одном месте, мы взяли ящериц из одной популяции и выращивали их в разных условиях. Одна группа ящериц росла в террариуме с широкой плоской дощечкой (два на четыре), на которой они сидели. А во второй группе единственным насестом был очень узкий стержень шириной в четверть дюйма. Эксперимент должен был показать, повлияет ли использование таких разных поверхностей в период роста ящериц на то, какой длины у них вырастут лапы. Другими словами, сможет ли фенотипическая пластичность породить различия, сравнимые с теми, что мы наблюдали среди наших природных популяций?

Я осуществил этот эксперимент, только чтобы заткнуть рты надоедливым ботаникам и продемонстрировать, что если растения растут по-разному в различных условиях, вовсе не означает, что лапы у ящериц сделают то же самое. Но потом я был немало удивлен, когда увидел полученные данные, и понял, что ошибался. Чертовы ботаники! Поместите молодую растущую ящерицу на широкую поверхность, и ее лапы станут в итоге длиннее, чем у ящериц, что выросли на узких веточках, даже если учесть различия в общем размере тела.