58 046 плодовых мух пролили свет на вековой биологический вопрос
В природе форма, физиология и поведение тесно связаны с размером организма. Эти связи существуют как внутри видов, так и между ними, и часто остаются неизменными у видов, разделённых миллионами лет эволюции.
Биологи уже 100 лет спорят, можно ли изменить эти устойчивые связи с помощью естественного отбора. Новое исследование в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) даёт ответ: в принципе — да, но на практике — нет.
«Наши результаты показывают, что эти признаки могут эволюционировать, но изменение этих связей создаёт вредные побочные эффекты для организма. Поэтому эволюция путём естественного отбора будет сильно ограничена, по крайней мере, на коротких временных масштабах менее миллиона лет», — заявили исследователи.
Эксперимент с 58 046 мухами
Учёные провели эксперимент с 58 046 плодовыми мушками (Drosophila melanogaster), целенаправленно скрещивая их, чтобы получить несвойственные в природе соотношения между формой и размером крыла.
«Всего за 26 поколений мы создали соотношения между формой и размером крыльев мух, которые были более экстремальными, чем те, что возникли за более чем 50 миллионов лет эволюции», — говорит Гейр Х. Болстад, ведущий автор статьи в PNAS.
Однако, когда исследователи прекратили искусственный отбор и позволили природе идти своим чередом, связь между формой и размером вернулась к норме всего за 15 поколений.
Естественный закон: маленькие крылья — самые круглые
У мух маленькие крылья обычно круглее больших. Это соотношение между округлостью и размером очень стабильно и сохранялось на протяжении более 50 миллионов лет эволюции.
С помощью искусственного отбора команда изменила это соотношение. Удалось вывести мух, у которых большие крылья были круглее маленьких, и наоборот — где маленькие крылья были ещё круглее, а большие — ещё более вытянутыми, чем в нормальных популяциях.
Но когда искусственный отбор прекратили, связь между размером и округлостью крыльев быстро вернулась к исходному состоянию.
Стабильность признаков на протяжении миллионов лет
Причина, по которой соотношение вернулось к исходной точке, вероятно, в том, что отбирались гены, которые также негативно влияли на другие характеристики. Естественный отбор «исправил» изменения, созданные искусственным отбором, потому что негативные признаки ставили мух в невыгодное положение в борьбе за размножение.
Это согласуется с фундаментальной биологической теорией о том, что базовые процессы развития организма связаны со многими другими свойствами, поскольку одни и те же гены влияют на ряд признаков.
Аллометрические отношения, такие как связь между размером и формой крыла у мух, считаются результатом такого фундаментального развития. Поэтому искусственный отбор, вероятно, оказывает негативное влияние на существенные характеристики организма.
«Фактически, это может быть важной частью объяснения того, почему некоторые свойства и отношения остаются неизменными на протяжении миллионов лет эволюции», — отмечает Болстад.
Ограничения эволюции
Эксперимент не даёт окончательного ответа на вопрос о пределах эволюции, так как изучался только один признак одного организма. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, можно ли обобщить эти выводы.