Исследование показывает, что широкомасштабная физическая и геномная адаптация к среде может произойти за недели
Новое исследование, опубликованное в Science, демонстрирует, что плодовые мушки (Drosophila melanogaster) способны чрезвычайно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Ученые из Пенсильванского университета в ходе контролируемого полевого эксперимента зафиксировали изменения в 60% генома мушек всего за четыре месяца.
Эксперимент в контролируемых условиях
Чтобы исключить миграцию мушек, исследователи использовали специальные вольеры на территории кампуса. В июле 2014 года в каждый из 10 вольеров выпустили по 1000 мушек, которые затем жили в естественных условиях (смена температур, осадки), но на одинаковой диете. Популяция в каждом вольере выросла примерно до 100 000 особей.
Методы наблюдения за эволюцией
Ежемесячно ученые анализировали популяции по двум направлениям:
- Физические признаки: Проверяли шесть характеристик, зависящих от множества генов (репродуктивный успех, холодоустойчивость и др.).
- Геномный анализ: Секвенировали геномы 100 случайно отобранных мушек из каждого вольера, отслеживая изменение частот аллелей во времени.
Результаты: динамичная и обратимая адаптация
Данные показали, что популяции постоянно эволюционировали, «отслеживая» изменения среды — явление, известное как adaptive tracking (адаптивное отслеживание).
- Масштаб изменений: За время эксперимента прямо или косвенно эволюционировало более 60% генома. Часть изменений происходила за счет «генетического дрейфа» (genetic draft), когда одни участки ДНК меняются вместе с другими.
- Динамика процесса: Направление адаптации многократно менялось, подобно маятнику, в ответ на колебания условий среды. Признаки могли эволюционировать в одном направлении за несколько недель, а в следующем месяце — возвращаться назад.
«Это рисует картину действительно динамичной адаптации и отбора. Направление естественного отбора меняется, мишени меняются, и меняются они очень быстро», — говорит соавтор работы Сет Рудман.
Значение исследования
Исследование устанавливает новую парадигму понимания временных масштабов эволюции. Частые «промежуточные» замеры выявили извилистый путь адаптации (A → B → C → B), который оставался бы невидимым при сравнении лишь двух удаленных точек во времени.
Хотя плодовые мушки размножаются гораздо быстрее человека, авторы полагают, что аналогичные процессы могут происходить и у других видов, включая людей, — например, в ответ на изменение климата или новые пищевые практики. Задача науки — определить временные масштабы, на которых это происходит.