Мутации плодовых мушек предсказывают 40 миллионов лет эволюции

Небольшие, казалось бы, незначительные мутации у плодовых мушек могут содержать ключи к пониманию того, как вид будет эволюционировать десятки миллионов лет в будущем.

Исследователь из Университета штата Флорида вырастил 200 поколений плодовых мушек, чтобы изучить, как они меняются в краткосрочной и долгосрочной перспективе. Результаты оказались неожиданными.

Малые мутации в крыле плодовых мушек — дрозофилид — предсказывают до 40 миллионов лет эволюции для этого обычного домашнего вредителя. Исследование опубликовано в журнале Nature.

«Главный вывод: мутации, происходящие сейчас, влияют на долгосрочную эволюцию», — сказал профессор биологических наук Дэвид Хоул. — «Как именно это происходит, неясно. Некоторые учёные полагают, что именно спектр доступных мутаций направляет эволюцию. Другие предполагают, что те же процессы, что формируют долгосрочную эволюцию, формируют и мутации».

Хоул решил исследовать, есть ли у плодовой мушки части, которые не могут мутировать или эволюционировать, и как быстро это делают другие части.

«Мы хотели увидеть, как эффекты, производимые мутациями, связаны с эволюцией», — сказал Хоул. — «Мы были удивлены, что связь оказалась очень тесной».

Плодовые мушки считаются идеальным видом для изучения нерешённых проблем эволюции и генетики, так как легко дают более 20 поколений в год. Их крылья также легко измерить, что позволяет учёным выявлять даже небольшие изменения.

«Это удобная система для исследования сложных частей организма», — отметил Хоул.

Изучая ископаемые свидетельства и проводя секвенирование ДНК, Хоул и его коллеги установили, что плодовые мушки существуют примерно 40 миллионов лет. Они также предположили, что характер мутаций мог оставаться постоянным в течение этого периода.

«Часто бывает, что некоторые вещи эволюционируют очень медленно, и разумно заключить, что характер мутаций может быть одной из них», — сказал он. — «Важно то, что характер прошлой эволюции не обязательно должен был быть похож на мутационный. Мы удивлены, насколько они схожи».

Чтобы измерить скорость мутаций и эволюции, Хоул и его соавтор Ким ван дер Линде собрали почти 120 различных видов мух, либо собрав их в природе, либо получив от других учёных. Ван дер Линде изучала, как эти мухи связаны между собой.

Затем Хоул вырастил 200 поколений плодовых мушек (на это ушло четыре года) и индивидуально вырастил некоторых из них, чтобы увидеть, произошли ли какие-либо изменения в крыльях. Всего исследователи измерили более 50 000 крыльев мух и обнаружили изменения в общей форме крыла, такие как соотношение ширины и длины и расположение жилок.

Некоторые типы изменений эволюционировали с более высокой скоростью, чем другие, например, соотношение ширины и длины крыла. Эти эволюционные изменения также были наиболее распространёнными мутационными изменениями.

Благодаря этим наблюдениям и сложному статистическому моделированию команда Хоула смогла установить, что малые мутационные изменения происходили по той же схеме, что и эволюция на протяжении всей группы видов мух.

Полученные результаты, вероятно, применимы к тому, как эволюционировали другие виды растений и животных, сказал Хоул. Но они также предсказывают и следующие 40 миллионов лет эволюции.

«То, что мы делаем, точнее известно как ретродикция — использование чего-то из настоящего для предсказания прошлых событий», — пояснил Хоул. — «Конечно, теперь мы можем сделать предсказание, что Drosophila будет эволюционировать по этой схеме и в будущем».