Дикие рыбы процветают, несмотря на «безнадёжно-монструозные» мутации
Эксперименты учёных из Stanford Medicine с использованием CRISPR, скрещивания рыб и изучения разных популяций подтвердили давнее предположение о естественной эволюции и опровергли аргумент сторонников теории разумного замысла. Они утверждали, что естественные мутации лишь вредят животным и не могут приводить к полезным новым признакам.
Исследователи выявили повторяющиеся изменения в регуляции ключевого гена развития HOXDB, которые увеличивают количество и определяют длину основных защитных шипов у колюшки. Новые признаки шипов повышают выживаемость рыб в условиях разных хищников, что противоречит утверждению антиэволюционистов о том, что крупные изменения всегда делают животных неприспособленными.
«Мы окончательно показываем, что мутации в этом гене производят крупные изменения у диких животных — новые черты, которые помогают рыбам процветать в естественной среде. Это опровергает аргумент, что мутации в таких генах-регуляторах создают лишь “безнадёжных монстров”», — сказал профессор Дэвид Кингсли, старший автор исследования, опубликованного 1 сентября в Nature Ecology & Evolution.
Прогрессивная эволюция в действии
- Прогрессивная эволюция — это приобретение новых полезных признаков. Однако крупные структурные изменения (мутации большого эффекта) считаются рискованными. Классический лабораторный пример — четырёхкрылые плодовые мушки с мутациями в генах HOX, нежизнеспособные в дикой природе. Противники эволюции используют их как «доказательство», что такие изменения только вредят.
Колюшки (2–4 дюйма длиной) — отличный объект: они быстро эволюционируют в ответ на среду. В озёрах с насекомыми-хищниками у них меньше и короче шипы, чтобы за них не схватили. В водоёмах с крупными рыбами или птицами появляются популяции с более длинными и многочисленными шипами, царапающими глотку.
Генетический механизм новых признаков
Учёные скрестили двухшипую самку из пресного озера (Британская Колумбия) с трёхшипым самцом из солёных вод (Бодега-Бэй, Калифорния). Среди их потомства у большинства было три шипа, но у шести — два, а у 21 — четыре (больше, чем у предков). Генетический анализ указал на различия в области гена HOXDB.
Ведущий автор Джулия Вухерпфенниг продолжила работу, изучая колюшек из различных водоёмов Северной Америки и используя CRISPR для подтверждения роли HOXDB. Она обнаружила набор изменений в регуляторных областях рядом с геном, связанных с крупными анатомическими изменениями в защитном «панцире» диких рыб.
«В Новой Шотландии некоторые популяции колюшек эволюционировали, имея пять или даже шесть шипов. Природа оставила кодирующую область гена нетронутой, но изменила то, как и когда он экспрессируется в развитии, чтобы добавлять структуры, а не убирать их. И рыбы с этими новыми структурами процветают в дикой среде», — пояснил Кингсли.
Исследование показало, что повторяющиеся изменения в регуляторных областях HOXDB ответственны за недавнюю эволюцию новых паттернов шипов у двух разных видов колюшек по всей Северной Америке.
«Природа регулярно добавляет основные структуры, чтобы создать животных, более приспособленных к среде, и делает это повторно, используя один и тот же ген-регулятор. Это решающий аргумент в пользу прогрессивной эволюции», — заключил Кингсли.