Экологическое изменение вызывает быструю эволюцию

Исследование под руководством Университета Лидса, опубликованное в журнале Ecology Letters, опровергает распространенное предположение, что эволюция происходит лишь постепенно в течение сотен или тысяч лет.

Вместо этого исследователи обнаружили значительные генетически передаваемые изменения в лабораторных популяциях почвенных клещей всего за 15 поколений. Это привело к удвоению возраста достижения клещами взрослой стадии и к большим изменениям в размере популяции. Результаты имеют важное значение для таких областей, как борьба с болезнями и вредителями, охрана природы и управление рыболовством, поскольку демонстрируют, что эволюция может быть «игроизменяющим» фактором даже в краткосрочной перспективе.

Профессор Тим Бентон сказал: «Это показывает, что краткосрочные экологические изменения и эволюция полностью переплетены и не могут разумно рассматриваться отдельно. Мы обнаружили, что популяции быстро эволюционируют в ответ на изменение окружающей среды и управление популяцией. Это может иметь серьезные последствия, например, снижение урожайности промысла или спасение популяции, движущейся к вымиранию».

Хотя предыдущие исследования подразумевали связь между краткосрочными изменениями физических характеристик видов животных и эволюцией, исследование под руководством Лидса впервые доказывает причинно-следственную связь между быстрой генетической эволюцией и динамикой популяции животных в контролируемых экспериментальных условиях.

Эксперимент с почвенными клещами

Исследователи работали с почвенными клещами, собранными в дикой природе и затем выращенными в 18 стеклянных пробирках.

• 40% взрослых клещей удаляли каждую неделю из шести пробирок.
• Аналогичную долю молодых особей удаляли каждую неделю в еще шести пробирках.
• В оставшейся трети пробирок никакого «промысла» не проводилось.

Ведущий автор доктор Том Кэмерон сказал: «Мы наблюдали значительные эволюционные изменения относительно быстро. Возраст зрелости клещей в пробирках удвоился примерно за 15 поколений, потому что они конкурировали иначе, чем в дикой природе. Удаление взрослых особей заставляло их дольше оставаться в ювенильной стадии, поскольку генетика реагировала на высокую вероятность гибели сразу после созревания. Когда они, наконец, созревали, они были настолько огромными, что могли отложить все яйца очень быстро».

Эволюционное спасение

Первоначальное изменение среды обитания клещей — из дикой природы в лабораторию — оказало катастрофическое воздействие на популяцию, поставив клещей на траекторию вымирания. Однако во всех популяциях, включая те, где удаляли взрослых или молодых особей, траектория изменилась уже после всего пяти поколений эволюции, и размеры популяций начали расти.

Исследователи обнаружили, что лабораторная среда отбирала тех клещей, которые росли медленнее. В конкурентных условиях пробирок медленно растущие клещи были более плодовитыми при созревании, то есть могли иметь больше потомства.

Доктор Кэмерон сказал: «Генетическая эволюция, которая привела к инвестициям в производство яиц за счет скорости индивидуального роста, привела к росту популяции, спасая популяции от вымирания. Это эволюционное спасение в действии, и оно предполагает, что быстрая эволюция может помочь популяциям реагировать на быстрые изменения окружающей среды».

Переплетение экологии и эволюции

Кратковременные экологические реакции на среду (например, уменьшение размера взрослых особей из-за нехватки пищи) и «зашитые» эволюционные изменения были разделены путем помещения клещей из разных вариантов обработки в сходную среду на несколько поколений и наблюдения, сохраняются ли различия.

Профессор Бентон сказал: «Традиционная идея заключается в том, что если вы поместите животных в новую среду, они останутся в основном такими же, но способ их роста изменится из-за таких переменных, как количество пищи. Однако наше исследование доказывает, что эволюционный эффект — изменение основной биологии в ответ на окружающую среду — может происходить одновременно с экологическим ответом. Экология и эволюция переплетены».

Последствия для управления ресурсами

Разделение эволюционных изменений и экологических реакций особенно важно в таких областях, как управление рыболовством, где человеческие решения могут привести к серьезным изменениям среды обитания и жизненных циклов всей популяции. Размер, при котором созревает треска в Северном море, примерно вдвое меньше, чем 50 лет назад, и это изменение связано с крахом популяции трески, поскольку современные взрослые рыбы менее плодовиты, чем их предки.

«Большие дебаты велись о том, является ли это эволюционным ответом на способ их вылова, или же это, например, просто количество пищи в море, оказывающее краткосрочный экологический эффект. Наше исследование подчеркнуло, что эволюция может происходить в короткие сроки, и даже небольшие эволюционные изменения в основной биологии на 1–2%, вызванные вашей стратегией промысла, могут иметь серьезные последствия для роста популяции и урожайности. Вы не можете просто попытаться вернуть окружающую среду к тому, что было раньше, и ожидать, что все вернется в норму», — заключил профессор Бентон.