Быстрая эволюция в течение одного сезона увеличивает численность насекомых-вредителей

Новое исследование учёных Калифорнийского университета в Риверсайде показывает, что эволюция — генетические изменения в популяциях с течением времени — может происходить у организмов настолько быстро, что её влияние на численность популяции и другие аспекты биологии можно наблюдать всего за несколько поколений.

Исследование, опубликованное 9 августа в Ecology Letters (журнале с самым высоким рейтингом в области экологии), может улучшить способность учёных прогнозировать рост и распространение исчезающих видов, инвазивных видов и эпидемий болезней.

Работая с тлями, считающимися самым важным в мире вредителем сельскохозяйственных культур, исследователи экспериментально проверили влияние быстрой эволюции на дикие популяции в течение одного сезона выращивания культуры. Для этого они поставили эксперимент, который предотвращал эволюцию путём естественного отбора у одних тлей, позволяя ей происходить у других. Затем они сравнили скорость роста неэволюционирующих и эволюционирующих популяций.

Каждой осенью тли проходят через одно поколение полового размножения. Весной они начинают множественные поколения бесполого размножения. В этот период конкурируют несколько клональных линий, что приводит к изменениям частот генов и средних значений признаков в популяции.

В полевом эксперименте исследователи сравнили реплицированные популяции тлей, которые не эволюционировали (один клон, генетически идентичный), с популяциями, которые потенциально могли эволюционировать (два клона, генетически отличных друг от друга и с разной скоростью роста).

По мере роста популяций исследователи проверяли, эволюционировали ли смешанные популяции. Многократно подсчитывая тлей, они обнаружили, что частота клонов быстро менялась в течение 30 дней или 4–5 поколений тлей. Затем они проверили влияние этого эволюционного изменения на экологию тлей. Они обнаружили, что эволюционирующие популяции росли в численности до 42% быстрее, чем неэволюционирующие.

«Это показывает, что даже без вмешательства человека естественный отбор, действующий на популяции тлей, вызывает быструю эволюцию», — сказал Мартин М. Тюркотт, руководивший исследованием. — «Ещё более сильные эффекты можно ожидать при использовании пестицидов. Десятилетиями эволюция считалась слишком медленной, и поэтому её не учитывали при изучении роста популяций — это упущение, которое необходимо исправить. Игнорирование этой эволюции, что до сих пор не редкость, может привести к прогнозам, которые сильно недооценивают плотность вредителей и вспышки их численности».

Быстрая эволюция может иметь важные непроверенные последствия во многих других прикладных областях. Например, она важна в рыболовстве, где интенсивный вылов заставляет рыб эволюционировать признаки, позволяющие им избегать рыболовных сетей. Устойчивость к антибиотикам и повышенная вирулентность патогенов — примеры того, как быстрая эволюция влияет на здоровье человека.

Исследование проводилось в резервате Моте Римрок Калифорнийского университета, где учёные собрали несколько клональных линий из дикой популяции тлей, питающихся горчичными растениями. Они идентифицировали клоны и охарактеризовали их внутренние удельные темпы роста в теплице UCR.