Оценка эволюционной адаптации: верны ли наши модели?

Одна из задач учёных — оценить, как окружающая среда и сложная сеть организмов в ней отреагируют на изменения из-за климатических сдвигов или других антропогенных факторов.

Традиционно для оценки эволюции видов на протяжении сотен поколений учёные тестировали по одному или паре экологических «драйверов» изменений, таких как повышение температуры, увеличение концентрации CO₂ или изменения в гербицидах и удобрениях.

Такая лабораторная модель эволюционных изменений проще, чем сложная природная среда. Поэтому ключевая задача — понять, насколько упрощённые версии изменений среды помогают понять более сложные.

В последнем онлайн-выпуске PNAS эволюционные биологи из Эдинбургского университета и Университета Бангора проверили, как одноклеточная водоросль эволюционирует в средах с одним драйвером и со многими драйверами, что более репрезентативно для изменений в природе. Результаты показывают, что упрощённые среды с несколькими драйверами дают достаточно точное представление об эволюции микробных популяций. Это объясняется тем, что несколько доминирующих драйверов объясняют большую часть эволюционного ответа популяции, даже при наличии других факторов.

Исследователи подвергли одноклеточные водоросли (основа пищевой цепи) воздействию 96 различных сред с 1–8 драйверами и позволили им эволюционировать на протяжении 450 поколений, что соответствует нескольким сезонам роста.

Результаты показали:

• В большинстве случаев несколько доминирующих драйверов (включая температуру и уровень CO₂) объясняли большую часть эволюционных изменений.
• Несмотря на множество вариантов, большинство популяций к 450-му поколению достигли схожих темпов роста.
• Однако среды с большим числом драйверов изначально более стрессовые и замедляют рост популяций на старте. Поэтому в присутствии других драйверов популяции адаптировались сильнее — им просто нужно было больше эволюционировать, чтобы достичь того же результата.

Ключевые цитаты:

Георгина Бреннан (Университет Бангора):

«Водные первичные продуценты будут эволюционировать под множественными изменениями благодаря высокой скорости деления клеток и способности генерировать генетическую вариацию. Оценка интенсивности эволюционного отбора у ключевых продуцентов в основании пищевой цепи поможет понять, как изменения затрагивают численность популяций и циклы питательных веществ».

Синеад Коллинз (Эдинбургский университет):

«Сила упрощённых лабораторных экспериментов — в возможности понять, как работает естественный отбор. Но применение этих результатов к природным популяциям фитопланктона требует учёта региональных различий как в самих популяциях, так и в эволюционных драйверах. Это обнадёживающее исследование, отчасти потому, что оно показывает: эволюция в упрощённых средах может дать понимание того, что происходит в более сложных. Конечно, это также означает, что очень важно правильно определить доминирующие драйверы в каждой конкретной ситуации».