Первое доказательство адаптации генома к изменениям температуры
Исследователи из Автономного университета Барселоны впервые изучили влияние аномальной жары на генетический состав вида. В течение 37 лет они наблюдали за эволюцией мухи Drosophila subobscura и обнаружили, что европейская жара весной 2011 года вызвала драматические изменения в генетическом составе её популяций из-за быстрого распространения генотипов, более устойчивых к высоким температурам.
С 1976 года учёные отслеживают эволюцию Drosophila subobscura, небольшой мухи, широко распространённой в Европе, фокусируясь на специфическом типе геномной изменчивости — полиморфизме хромосомных инверсий. Исследование сравнивало, как геном мух меняется от весны к лету, от лета к осени и от осени к весне на протяжении многих лет.
В исследованиях до 2011 года, проведённых на популяции близ Сантьяго-де-Компостела для одной из пяти пар хромосом D. subobscura, было установлено, что этот тип адаптации связан с изменениями температуры окружающей среды. Были выявлены два типа генетических вариантов: адаптированный к холоду (его частота всегда возрастала зимой) и адаптированный к жаре (с противоположной динамикой). Относительная частота обоих вариантов эволюционировала в соответствии с изменениями климата: современные мухи имеют больше теплолюбивых вариантов, чем мухи 1970-х годов.
В апреле 2011 года мониторинг совпал с интенсивной волной жары, обрушившейся на Западную Европу. Исследование было расширено: теперь оно охватывало все пять пар хромосом вида, а образцы мух собирались также из популяции в Гордексоле, недалеко от Бильбао. Это позволило экстраполировать выводы на уровень всего генома и географический масштаб (северная треть Испании).
В статье в престижном журнале Biology Letters (Британского Королевского общества) исследователи показали, что жара 2011 года резко изменила генетическую конституцию природных популяций Drosophila subobscura. В середине весны, всего за одно поколение, популяции приобрели генетическую конституцию, типичную для лета, из-за аномальной жары.
Согласно результатам исследования, разница в репродуктивном успехе между генотипами, чувствительными к жаре, и устойчивыми к ней была чрезвычайно высокой. Во время жары мухи, несущие геномные варианты, толерантные к повышению температуры, оставляли в среднем в пять раз больше потомков, чем мухи с вариантами, чувствительными к этим изменениям.
Также было отмечено, что после волны жары популяции восстановили свой прежний генетический состав. Это показывает, что некоторые организмы обладают высокой генетической устойчивостью к подобным нарушениям среды.
«Наши результаты указывают, что устойчивость к жаре имеет генетическое происхождение. Однако мы не утверждаем, что существует "ген холода" или "ген жары", скорее, генетические факторы устойчивости к теплу распределены по всему геному, по крайней мере, у этих организмов», — отмечает Франсиско Родригес-Трельес, исследователь UAB, координировавший исследование. — «Наши выводы являются весомым доказательством того, что повышение температуры влияет на эволюцию определённых видов».