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

И хотя процесс экспериментальной эволюции колюшки пока еще в самом начале, но полученные результаты очень похожи на те, что мы наблюдали в случае с гуппи. Популяции адаптируются к новым условиям в основном одинаково, но с долей непредсказуемости в отдельных признаках. Совпадения особенно убедительны, учитывая разницу в условиях обитания, в которых изучалась рыба. Один вид – в естественных водоемах в горах Тринидада, а другой – в практически идентичных искусственных прудах Ванкувера.

ПОКА ШЛУТЕР ЗАНИМАЛСЯ СВОИМИ ПРУДАМИ, в Америке начиналось еще одно масштабное исследование экспериментальной эволюции. Пейзаж Небраски в настоящее время украшает листовой металл длиной почти в полмили, который блестит на солнце, пылая оранжевым во время заката и напоминая инсталляцию из стали руки Кристо. Американский Запад расчерчен заборами самого разного рода, но этот уникален: прочная металлическая стена в форме квадрата, разделенного на четыре квадратных загона. И не одно, а два таких почти одинаковых сооружения находятся на расстоянии тридцати миль друг от друга на разной по цвету земле.

Волнистые холмы и прерии Небраски славятся своей плодородной почвой: коричневой, землистой, богатой всеми полезными для растений веществами. Это объясняет название футбольной команды местного университета – «Кукурузники». Но не вся земля штата настолько плодородна. Примерно четверть его территории приходится на песчаные дюны области Сэндхиллс[76]. Почва там светлая и состоит из песчинок кварца, занесенных ветром к востоку от Скалистых гор около восьми тысяч лет назад. Зерновые культуры растут плохо, и большая часть земли никогда не возделывалась.

Но это вовсе не означает, что в Сэндхиллс нет растений. Как раз наоборот, эта местность может похвастаться биологическим разнообразием. Причем она настолько неповторима, что Всемирный фонд дикой природы выделяет ее как отдельный экологический регион. Почва влияет на местную флору и фауну не только своей низкой плодородностью, но также своим светлым оттенком. Маленькие животные во всем мире научились сливаться с окружающей местностью, чтобы их не обнаружили хищники. Так, живя на старых застывших потоках лавы, ящерицы, мыши, кузнечики и другие существа эволюционировали, став темнее, чем они есть на самом деле. А на почве светлого цвета у животных выработался бледный оттенок покрова, чтобы сливаться с песчаной поверхностью. И Небраска в этом смысле не отличается от других мест: популяции многих видов животных, обитающих в Сэндхиллс, светлее представителей того же вида, обитающих на более темной почве.

Меня еще со времен учебы в колледже, когда я прочитал книгу Джона Эндлера о видообразовании, интересует данный феномен. Эндлер называл слияние окраса животного с окружающей средой одним из самых ранних и сильных доказательств того, что естественный отбор способен ослаблять гомогенизирующее действие генетического обмена между популяциями. Граница между черной вулканической породой и сверкающим белым песком довольно отчетлива – в некоторых местах ты одной ногой можешь касаться и того и другого. Мыши, ящерицы и кузнечики легко перемещаются туда-сюда с одной поверхности на другую.

И все же, несмотря на их близость, популяции, живущие на разных поверхностях, зачастую очень сильно отличаются по цвету, так как соответствующим образом подстраиваются под свою среду обитания. Представители двух популяций могут встречаться вблизи границы, но любое потомство, появившееся в результате этих встреч, будет тщательно изучено естественным отбором, и гены «неправильного» окраса будут мгновенно вычищены. Тот факт, что часть этих сред обитания – Сэндхиллс в Небраске и некоторые лавовые потоки – появилась относительно недавно, указывает на то, что процесс адаптации окраса произошел стремительно, дав дополнительное доказательство силы естественного отбора даже в присутствии генного потока. Эти примеры с животными аналогичны примерам с растениями, что растут поверх или вблизи от брошенных старых шахт или на разных участках ротамстедской экспериментальной станции.

Здесь следует отметить очень важное с точки зрения науки исследование, проводившееся на белоногих хомячках. В середине прошлого века натуралисты отмечали множество случаев, когда соседние популяции встречались на разных по цвету поверхностях и, соответственно, имели разный окрас шкуры. Предположительное объяснение этого – маскировка животных: грызунов поедают многие визуально ориентирующиеся хищники, поэтому естественный отбор будет поощрять популяции сливаться с окружающим фоном, меняя свой цвет.

Биолог из университета Мичигана Ли Дайс даже проверил эту идею в лаборатории. В помещении среднего размера Дайс посыпал пол землей и выпустил туда несколько мышей разной расцветки и сову. Он хотел узнать, станет ли сова чаще ловить тех мышей, которые не сливаются с землей.

Половина опытов была проведена на почве светлого цвета, а остальные – на темной. Ответ был однозначным: совы в два раза чаще ловили тех мышей, которые не сливались с землей. Хищные птицы[77] могут стать сильным фактором естественного отбора, способствуя эволюции маскировки.

И все же это было лабораторное исследование, осуществленное в искусственных условиях. Даже спустя тридцать лет после выхода книги Эндлера действие естественного отбора не демонстрировалось напрямую на окрасе мышей. На самом деле, самое убедительное доказательство было получено не благодаря полевым экспериментам, а с помощью генетических исследований, в ходе которых были обнаружены гены, ответственные за различия в окрасе у мышей. Сравнивая различия ДНК у смежных популяций, живущих на разных по цвету поверхностях, ученые обнаружили, что генетические различия эволюционировали совсем недавно, вероятно, в результате дивергентных воздействий естественного отбора. Но все равно это заключение было сделано на основе полученных генетических различий^81, а не являлось прямой демонстрацией того, как естественный отбор влияет на эволюцию.

Белоногий хомячок из Сэндхиллс

Именно это и привело бородатого и мускулистого канадского горнолыжника в песчаные дюны Небраски. Несмотря на свою страсть к «дикому» лыжному туризму, велосипедному спорту и скалолазанию, Роуан Барретт большую часть времени посвящает изучению процесса эволюции. Сын видного эволюционного биолога из университета Торонто, молодой Барретт проложил свой собственный путь в науку. В тридцать с небольшим лет он уже стал одной из ключевых фигур в области экспериментальной эволюции. Будучи студентом магистратуры в университете Макгилла в Монреале, Барретт проводил экспериментальные исследования на бактериях в лабораторных условиях, изучая процесс их адаптации в условиях многочисленных новых ресурсов. Эта тема также легла в основу докторской диссертации, которую он защищал в университете Британской Колумбии с профессором Шлутером в качестве консультанта. Эти исследования стали невероятно успешными, и за ними последовали ряд научных публикаций в узкоспециализированных журналах и все мыслимые награды, которые может получить выдающийся молодой эволюционный биолог (в частности, он был причислен к «звездной команде» эволюционных биологов, а также получил европейскую и североамериканскую премию «Молодой специалист года»).