Учёные создали «Эволюционные часы» для растений
Используя сорняк-путешественник, учёные из Института биологии развития Общества Макса Планка впервые определили скорость мутаций у растения, растущего в дикой природе.
Сравнение исторических и современных геномов
Они сравнили 100 исторических и современных геномов крошечного растения Arabidopsis, чтобы точно измерить скорость его эволюции в природе. Самый старый образец, сохранённый в гербарии, датируется 1863 годом. К тому времени, по оценкам учёных, вид уже провёл в Новом Свете более 200 лет. Два разных метода дали одинаковый результат: Arabidopsis была завезена европейцами, прибывшими на восточное побережье США около 1600 года, вероятно, случайно — на обуви или в смеси с семенами съедобных растений.
Наблюдение за мутациями в Северной Америке
Команда сосредоточилась на образцах из Северной Америки, где была широко распространена одна генетическая линия Arabidopsis, что позволило наблюдать вновь приобретённые мутации. Сравнение 100 полных геномов выявило 5000 новых мутаций, некоторые из которых могли дать растению адаптивное преимущество при колонизации новой среды. Растение перемещалось вглубь континента вместе с поселенцами, постепенно расходясь с европейским предком. Современные образцы вдоль этого пути демонстрируют всё более глубокие и быстрорастущие корни — возможное свидетельство адаптации.
«Коллекции инвазивных популяций, собранные в разные исторические периоды, позволяют нам наблюдать "живой" процесс эволюции в действии», — говорит Моисес Экспозито-Алонсо, первый автор статьи в PLOS Genetics.
Расчёт скорости эволюции
Учёные секвенировали геномы 100 растений, собранных ботаниками с 1863 по 2006 год. Все образцы до 1990 года были взяты из музейных коллекций сушёных растений. Сравнение геномов растений, разошедшихся от общего предка за разное время, позволило рассчитать, сколько мутаций растение приобретает за год.
Это, в свою очередь, позволило установить, что последний общий предок этой линии жил в конце XVI или начале XVII века, что совпадает с временем массового прибытия людей из Европы. Этот результат стал неожиданностью, поскольку предыдущие оценки (без использования генетической информации из гербарных образцов) предполагали прибытие растения лишь в XIX веке.
Значение для понимания инвазивных видов
Arabidopsis не является вредным сорняком, но исследование помогает раскрыть фундаментальные эволюционные процессы, стоящие за способностью инвазивных видов колонизировать новые среды. В частности, оно проливает свет на «генетический парадокс инвазии», когда колонизатор с низким генетическим разнообразием оказывается удивительно успешным.
Чтобы определить эффект новых мутаций, учёные вырастили некоторые растения в лаборатории и обнаружили различия в росте. Это говорит о том, что некоторые мутации, появившиеся за последние 400 лет, дали преимущество при колонизации.
«Мы были очень удивлены, поскольку научная догма предполагает, что эволюция обычно протекает гораздо медленнее», — отметил Эрнан Бурбано, один из руководителей исследования.
«Точные скорости эволюции для растений и животных будут фундаментальны для реконструкции их прошлого и прогнозирования возможности появления новых полезных признаков. Наши результаты показывают, что гербарные и зоологические образцы могут стать источником великого нового направления генетики в будущем», — говорит Экспозито-Алонсо.