Выдающаяся способность животных быстро эволюционировать в ответ на нападение хищников была продемонстрирована с помощью генетического секвенирования популяции водяных блох на протяжении почти двух десятилетий.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые из университетов Бирмингема в Великобритании, Католического университета Левена в Бельгии и Института пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водах им. Лейбница (IGB) в Берлине смогли определить более 300 генов, которые различаются в геноме водяной блохи.
Эти гены, на долю которых приходится около 3 процентов всех секвенированных генов водяных блох, лежат в основе изменений в поведении и особенностях жизненного цикла, которые улучшают выживаемость при контакте с хищниками.
Поразительно, эволюция в ответ на давление хищников происходит всего за несколько поколений. Это опосредовано так называемой постоянной генетической изменчивостью - количеством генетического разнообразия, присущего данной природной популяции. Исследование выдвигает на первый план науку о важности постоянного генетического разнообразия для поддержки быстрой адаптации. В нем также подчеркивается, что сокращение генетического разнообразия природных популяций имеет важные последствия для их способности адаптироваться к изменениям окружающей среды.
Ведущий исследователь д-р Анураг Чатурведи, в настоящее время работающий в Школе биологических наук Бирмингемского университета и бывший аспирант KU Leuven, объяснил: «Мы смогли количественно оценить генетическое разнообразие одной конкретной популяции дафний за почти два десятилетия и ясно показать, как быстро происходила эволюция в ответ на давление окружающей среды. Этот тип исследований будет иметь неоценимое значение для понимания потенциального воздействия будущих изменений окружающей среды на популяции животных."
Водяная блоха, или дафния, занимает центральное место в пищевых сетях озер и прудов. Его жизненный цикл включает стадию покоя, которая может длиться несколько десятилетий. Пробуждая спящие стадии с помощью биологии воскрешения, ученые могут количественно оценить генетические изменения в несколько моментов времени в прошлом и наблюдать за эволюцией, как это происходит в природе.
В ходе исследования команда смогла вывести спящие яйца, которые охватывают два десятилетия, и секвенировать геном 36 воскресших дафний из рыбоводного пруда. В течение двух десятилетий популяция дафний пережила переход от отсутствия хищничества от рыбы к высокому уровню хищничества рыбы и обратно к более низким уровням хищничества. Команда смогла однозначно сопоставить изменения давления хищников на дафнию с изменениями в ДНК с течением времени. По сути, исследование смогло связать специфические изменения в окружающей среде дафний с эволюцией, происходящей в их геномах.
Команда обнаружила, что необходимая вариация ДНК, чтобы запустить эволюционное изменение, которое распространяется на всю популяцию, не требует более пяти особей-основателей дафний из региональной группы популяций дафний.
Этот удивительный результат свидетельствует о том, что такие виды животных, как дафния, обладают высокой способностью к адаптивной эволюции благодаря тому факту, что генетическая изменчивость поддерживается на уровне ландшафта - важный урок для биологии сохранения.
Ведущий исследователь д-р Анураг Чатурведи объяснил: «Наша способность исследовать популяции, которые эволюционировали на протяжении десятилетий, бесценна как для фундаментальных, так и для прикладных научных открытий».