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

Но была одна проблема: сотрудники опытной станции воспринимали экспериментальные участки – на тот момент уже столетней давности – как нечто священное. Лишь нескольким избранным сотрудникам дозволялось просто ходить по этим участкам, чтобы ухаживать за ними. Никому не разрешалось собирать материал или проводить на их исследования. Научный сотрудник, следившая за участками, Джоан Терстон и местный комитет с недоверием восприняли предложения Снейдона. Но его просьба прозвучала вовремя. Комитет рассматривал вопрос о приостановке экспериментов, так как его члены не видели, что еще нового можно почерпнуть из этих исследований. А потому, посчитали они, не будет никакого вреда, если разрешить профессору провести небольшую работу на нескольких участках. Снейдона пригласили выступить перед членами комитета и провели допрос с пристрастием.

Наконец, одобрение было получено, хоть и не без труда. И Снейдону было разрешено собрать ограниченное количество семян. Терстон зорко следила за тем, чтобы ученый не вышел за рамки дозволенного.

Чтобы проверить свою идею о том, что растения на разных участках заметно отличались друг от друга, Снейдон сконцентрировал свое внимание на душистом колоске – растении, встречавшееся на участках по всему экспериментальному полю. Изначально он выбрал три участка, которые обрабатывали разными смесями удобрений с момента начала эксперимента в 1856 году. Так как гидроокись кальция применялась на южной половине каждого участка на протяжении полувека, то в исследовании рассматривались шесть половинок участков, заметно варьировавшихся по своему минеральному составу и кислотности почвы. Снейдон предположил, что за прошедшее столетие популяции трав разошлись эволюционно, чтобы адаптироваться к своим специфическим условиям. Они дивергировали. Снейдон, к которому вскоре присоединился студент-магистрант Стюарт Дэйвис, обнаружил, что растения душистого колоска, растущие на разных половинках участков, очень сильно отличаются друг от друга. Общий вес (или выход) травы на некоторых половинках участков был на пятьдесят процентов больше, чем на других. В целом на всех участках разница в весе была существенной. Чтобы проверить наличие генетических различий, они посадили семена травы, взятые с разных участков, рядышком, один за другим (настоящий эксперимент с общим садом в настоящем общем саду!). Душистый колосок, взятый с разных участков и выросший в идентичных условиях в университетском исследовательском саду, отличался целым рядом признаков, включая вес соцветий, размер листьев и подверженность ложной мучнистой росе. Это продемонстрировало генетическую основу различий растений с разных половинок участков.

Душистый колосок

Но наличие эволюционировавших генетических различий между участками само по себе не доказывало, что эти изменения были адаптивными.

Они могли представлять собой некие случайные генетические отклонения, которые иногда происходят в маленьких популяциях. Чтобы проверить гипотезу адаптации напрямую, Снейдон и Дэйвис посадили растения в разную по составу почву. Как и ожидалось, лучше всего они росли в земле с тем же химическим составом, что и на их родных участках. Но исследователи решили пойти дальше: взяли растения со своих участков и пересадили их обратно на экспериментальные (к этому моменту научные дивиденды данного исследования были уже настолько очевидны, что комитет стал более либерален, на многое закрывая глаза). И, конечно же, на своих родных участках растения начали расти гораздо лучше, чем на участках с другим составом почвы. Вывод очевиден: за сто лет растения адаптировались к условиям, которые были созданы на их собственных половинках участков.

Снейдон дополнил свое первоначальное исследование новыми задачами, две из которых требуют особого упоминания. Во-первых, Снейдон с Дэйвисом следили за границами между двумя парами участков. Одна из этих пар обрабатывалась разными удобрениями в течение ста двенадцати лет, а другая – в течение шестидесяти лет. На обеих границах они сравнивали растения по обе стороны и всего в нескольких дюймах от тех, которые были посажены в почву с иным химическим составом. Позднее Снейдон с другим студентом, Томом Дэйвисом (не родственником Стюарта), следили за пятью участками, которые всего шестью годами ранее были поделены пополам. Причем одну половинку участка обработали гидроокисью кальция, а вторую оставили нетронутой. Во всех случаях результаты отвечали их первоначальным открытиям. У популяций растений очень быстро возникали различия, причем на очень коротких расстояниях.

Снейдона и Дэйвиса главным образом интересовало, будут ли популяции адаптироваться, и насколько быстро. В результате большая часть данных, которые они собрали и описали, не была напрямую связана с вопросом предсказуемости эволюции. А извлечь сегодня нужную информацию из написанных тридцать – сорок лет назад научных трудов невозможно.

Тем не менее Снейдон и Дэйвис, по крайней мере, в одном аспекте, продемонстрировали, что адаптация растений была не только быстрой, но также очень часто повторяемой.

Из-за различий в составе почвы высота всех растений на разных участках заметно варьировалась. А душистый колосок адаптировался к этим колебаниям: на тех участках, где другие растения были очень высокими, колосок становился выше и прямее – для лучшего доступа к солнцу, – и у него развивалась большая живучесть в затененных условиях, чем у колоска, растущего на участках с низкими растениями.

Когда вы утверждаете, что в конкретном научном труде была впервые предложена новая идея или применен новый подход, вы рискуете ошибиться. Потому что всегда найдется тот, кто быстро укажет вам, что вы проглядели один малоизвестный источник, опередивший разрекламированную работу. Но я все же рискну предположить, что исследования, осуществленные Снейдоном и Дэйвисом, впервые продемонстрировали, что эксперименты можно использовать для изучения долгосрочной эволюции в полевых условиях.

Научные публикации Снейдона и Дэйвиса, посвященные эксперименту с парковой травой, были опубликованы в период с 1970-го по 1982-й год, именно в то время, когда у ученых-экологов возникла потребность в экспериментальных методах, а в области эволюционной биологии оценили значимость стремительной эволюции. И вы могли бы предположить, что данная работа сыграла заметную роль в объединении двух этих концепций, подчеркнув важность полевых эволюционных экспериментов.

Но нет. Научные труды, конечно же, не остались незамеченными, но вплоть до последнего времени о них знал лишь узкий круг специалистов в области эволюции растений. Да я и сам не подозревал об их существовании, пока не начал работу над этой книгой. Когда приводят цитаты из данных научных трудов, то, как правило, упоминая о дивергенции растений в пределах коротких расстояний в ответ на разные воздействия естественного отбора – явление, которое впервые определил куратор Снейдона Тони Брэдшоу. Периодически отмечают уклон данной работы в сторону изучения стремительной эволюции. Но вплоть до недавнего времени это научное исследование лишь изредка приводили примером того, как можно экспериментальным путем изучать процесс эволюции в естественных условиях.