Новая книга биолога описывает новую эру в изучении эволюции
Лекция Ричарда Ленски вдохновила гарвардского биолога Джонатана Лозоса на написание книги "Improbable Destinies: Fate, Chance, and the Future of Evolution". Работа Ленски, как и собственные эксперименты Лозоса с ящерицами Anolis на Карибах, показала возможность "перемотать плёнку жизни" — идею, которую Стивен Джей Гулд считал лишь мысленным экспериментом.
Ленски продемонстрировал это в лаборатории, начав 12 идентичных популяций E. coli и подвергнув их одинаковому давлению естественного отбора. Подобные эксперименты теперь проводятся и в естественных условиях.
Быстрая и конвергентная эволюция
В отличие от представлений Дарвина об исключительно медленном темпе эволюции, сегодня известно, что при сильном естественном отборе она может происходить очень быстро — достаточно, чтобы наблюдать её в реальном времени.
Конвергентная эволюция — явление, при котором разные виды независимо эволюционируют, становясь похожими из-за сходных условий среды. Раньше её считали редкой, но данные ДНК-секвенирования (построения филогенетических деревьев) показали, что она встречается часто.
Пример: морские змеи вокруг Австралии и Азии, которых считали одним видом. Анализ ДНК выявил, что это разные, неблизкородственные виды, чьё сходство — результат конвергенции.
Ящерицы Карибских островов как модель
Род Anolis включает 400 видов в тропиках Нового Света. На каждом крупном карибском острове (Куба, Пуэрто-Рико, Гаити, Ямайка) эти ящерицы независимо диверсифицировались, заняв разные экологические ниши:
- Виды у земли — с длинными ногами для бега.
- Виды в верхнем ярусе — зелёные для маскировки, с крупными подушечками на пальцах.
- Виды на тонких ветвях — с очень короткими ногами для манёвренности.
На каждом острове независимо эволюционировал один и тот же набор "специалистов по местообитаниям" — пример масштабной конвергенции.
Эксперименты в реальном времени
Это наблюдение позволило спроектировать полевой эксперимент. На Багамах вид, живущий на толстых стволах, переселили на маленькие острова только с кустарниками (узкие поверхности). Предсказание, основанное на предыдущих исследованиях, — у них должны укоротиться ноги. Это и произошло за относительно короткое время.
Возможность проводить такие манипулятивные эксперименты в полевых условиях — прорыв для эволюционной биологии, которая раньше считалась неэкспериментальной наукой, подобной истории.
Предсказуемость эволюции: конвергенция против случайности
Ключевой вопрос: насколько предопределён современный мир? Если бы история жизни на Земле пошла по-другому, были бы мы здесь?
Гулд утверждал, что эволюция непредсказуема: "перемотайте плёнку" миллион раз, и что-то вроде человека никогда не возникнет снова. Некоторые учёные оспаривают это, указывая на распространённость конвергентной эволюции как доказательства силы естественного отбора и предсказуемости эволюционных исходов.
Вывод Лозоса находится посередине. Конвергенция действительно встречается часто и показывает силу естественного отбора. Но столь же часто встречается и неконвергенция — уникальные, нигде более не повторяющиеся адаптации.
Примеры неконвергенции:
- Утконос — идеально адаптирован к австралийским рекам (мех, перепонки, клюв с электрорецепторами), но аналогичные среды по всему миру не породили ничего подобного.
- Слоны, киви, жирафы — хорошо адаптированы к широко распространённым средам, но не имеют аналогов.
Спор о том, что встречается чаще — конвергенция или нет, — бесплоден. Оба явления распространены. Важный современный вопрос: при каких обстоятельствах эволюция идёт конвергентным путём, а при каких виды находят разные решения для одних и тех же давлений отбора? Именно над этим сейчас работают учёные по всему миру.