Как виды адаптируются к окружающей среде?
Некоторые виды рыб могут менять пол по необходимости. Другие виды адаптируются, живя долго или, наоборот, коротко, но оставляя много потомства. Способность животных и растений меняться иногда проявляется в крайне необычных формах.
Кукушка-губан — вид рыб, живущих группами с одним самцом и несколькими самками. Если самец умирает, одна из самок превращается в нового самца. Это явно может давать преимущества в определённых условиях.
«Обычно мы думаем, что способность к изменениям растёт по мере того, как в жизни средней особи происходит больше перемен. Но наше исследование показывает, что может работать и обратное. Чем больше способность средней особи к изменениям, тем дольше она будет жить», — говорит Ирья Ида Ратикайнен, доцент кафедры биологии Норвежского университета естественных и технических наук (NTNU).
Животные и растения, хорошо адаптирующиеся к среде, как правило, живут дольше — когда долголетие выгодно. Эти особи лучше справляются с изменениями. Новая статья в Nature Communications показывает, какие факторы влияют на способность организмов адаптироваться к меняющейся среде, изменяя доминирование тех или иных генов. Исследователи рассматривали организмы, которые меняются не один раз, а могут переключаться многократно.
Ратикайнен написала статью вместе с Ханной Кокко из Цюрихского университета (UZH).
Переключение туда и обратно
Организмы несут гены, которые при экспрессии приводят к определённым характеристикам. Возможности для изменения организма заложены в генах. Животные и растения уже имеют необходимые гены, но могут включать и выключать их по мере изменения окружающей среды. Разные комбинации генов могут давать разные возможности, называемые генотипами. Один генотип может кодировать несколько вариантов признака, но не все эти свойства наблюдаемы. Они не «экспрессируются», как говорят эксперты.
Фенотипы — это наблюдаемые признаки. «Фенотипическая пластичность» — это способность развивать разные фенотипы в ответ на среду. Рыбы, меняющие пол, — пример такой способности. Некоторые виды заходят дальше и могут переключаться многократно. Это переключение туда и обратно между разными фенотипами называется «обратимой фенотипической пластичностью».
«Наше исследование в основном рассматривает обратимость против необратимости пластичности и как часто особи следует вкладываться в обратимость», — говорит Ратикайнен.
Туда и обратно при изменчивых условиях
Виды могут адаптироваться к среде, имея одни гены, доминирующие над другими. Это может проявляться по-разному. Многие растения адаптируют листья к количеству солнца. На солнце листья становятся меньше и толще, а в тени — крупнее и тоньше.
Мелкие оседлые птицы, которые не мигрируют на зиму, — например, синицы и кукши, — должны нести энергетические резервы на теле. Но сколько жира им нужно, зависит от нескольких факторов, таких как температура и опасность быть пойманными хищными птицами.
«Физиологические особенности также могут быть обратимо пластичными, — говорит Ратикайнен. — Это часто называют акклиматизацией. Многие животные могут регулировать скорость метаболизма вверх и вниз при изменении температуры».
Быстро размножаться или жить долго?
Ратикайнен работает над пониманием того, как животные и растения адаптируются при изменении среды. «Это важно для понимания того, как животные и растения справляются с изменениями окружающей среды», — говорит она.
Понимание фенотипической пластичности крайне актуально в мире, который быстро и сильно меняется. В статье Nature Communications Ратикайнен и Кокко не исследовали конкретные виды. Вместо этого они провели расчёты с использованием теоретических моделей.
Долгая жизнь не всегда оказывается преимуществом. Главная задача особей — передать свои гены следующему поколению, произведя жизнеспособное и конкурентоспособное потомство. Это зависит от давления отбора — то есть определения стратегии, которая даёт наибольший вклад в долю генов животного в будущих поколениях. «В случаях, когда нет пользы от изменения фенотипа в течение длительного периода, среда склонна отбирать высокую скорость размножения и более короткую жизнь», — говорит Ратикайнен.
Для видов, живущих в таких условиях, особям выгодно размножаться быстро, а не жить долго.