Более века ученые понимали, что естественный отбор оказывает сильное влияние на то, как выглядит животное. Например, ящерицам Anolis, которые проводят больше времени на земле, могут понадобиться более длинные ноги для бега, в то время как видам, которые остаются на деревьях обычно имеют более короткие ноги, лучше приспособленные для лазания.
Но может ли естественный отбор поддерживать разное поведение в разных условиях?
Ученые долгое время считали, что ответ положительный, но эмпирических данных, подтверждающих эту идею, не хватало, но новая статья, написанная Ориолом Лапьедрой, постдокторским научным сотрудником, работающим в лаборатории бывших преподавателей Гарварда Джонатана Лососа, предоставили экспериментальные доказательства, подтверждающие это.
Работая с Лососом, ныне почетным профессором Университета Уильяма Х. Данфорта в Вашингтонском университете в Сент-Луисе и директором организации Living Earth Collaborative, когда оба еще работали в Гарварде, Лапьедра является ведущим автором недавнего исследования, которое продемонстрировало связь между индивидуальными вариациями рискованного поведения и выживанием животных в меняющихся условиях.
Наряду с Лапиедрой и Лососом, исследователи из Университета Род-Айленда, Калифорнийского университета в Дэвисе и Университета Миссури также выступили соавторами исследования.
Первое в своем роде исследование выпустило небольшие популяции ящериц на крошечные необитаемые острова на Багамах и обнаружило, что определенные типы личности - очень смелые или очень застенчивые - выживали дольше в зависимости от того, были ли хищники подарок. Исследование было описано в статье, опубликованной ранее в этом году в журнале Science.
«Как биологи, когда мы описываем животных, у нас есть генетическая часть - то, что мы называем генотипами - и у нас есть то, что мы можем увидеть о животных - то, что мы называем фенотипами», - сказал Лапьедра.«Традиционно, когда мы думаем о фенотипах, мы сосредотачиваемся на морфологии и физиологии, но еще одним важным аспектом фенотипа является поведение. Поскольку поведение фактически определяет, как животные взаимодействуют с окружающей средой, мы ожидали, что оно станет важным фактором выживания животных в новых экологических условиях. Например, можно было бы ожидать, что поведение будет играть важную роль в определении выживания животных в нынешних условиях глобального изменения климата».
Удивительно, однако, что никакие экспериментальные исследования не позволили провести эксперимент на популяциях диких животных и проверить эту идею в природе.
Чтобы справиться с этим, Лапьедра получила помощь от крошечных ящериц, называемых анолисами, которые обитают на островах по всему Карибскому морю.
Широко изученный биологами, в том числе Лосо, ящерица предпочитает садиться на низкую растительность, но вынуждена искать пищу на земле, что подвергает их опасности для других, хищных видов ящериц.
«Как вы понимаете, здесь есть компромисс», - сказал Лапьедра. «Им нужно спуститься на землю, чтобы добыть пищу, но именно там находятся хищники. Таким образом, вы можете сделать прогноз, что, если наземных хищников нет, более смелые или готовые пойти на риск животные могут уйти. на землю чаще. Они бы получали больше еды, имели бы больше потомства и передавали бы свои гены.
"Но что происходит, когда на земле есть хищники?" он продолжил. «Тогда можно было бы ожидать, что произойдет обратное - смелые ящерицы будут убиты чаще. Это очень простая идея, но до сих пор у нас не было доказательств от природы того, что естественный отбор действовал на индивидуальные различия в поведении».
Чтобы проверить это, Лапиедра определил ряд крошечных - всего несколько сотен квадратных футов - островов на Багамах, которые были очищены от ящериц недавними ураганами.
Лапьедра и его коллеги отловили сотни ящериц из окрестностей и подвергли каждую ящерицу своего рода «личностному тесту», чтобы оценить их рискованное поведение.
Ящериц поместили в небольшие экспериментальные вольеры, и исследователи измерили их готовность исследовать свое окружение, отслеживая, как долго они ждали, прежде чем покинуть свои убежища. Команда также отслеживала, сколько времени каждая ящерица провела на земле, прежде чем прыгнуть на насест. Основываясь на этих результатах, каждой ящерице был присвоен балл в диапазоне от очень смелого до очень застенчивого, и им были имплантированы уникальные «альфа-метки», подобные тем, которые используются для идентификации домашних животных.
«Мы смоделировали процесс естественной колонизации этих островов», - сказал Лапьедра. «На восьми островах мы выпустили ящериц, которые варьировались от очень смелых до очень пугливых. На четыре острова мы вернулись через неделю и также выпустили местных наземных хищников, а именно курчавых хвостатых ящериц, так что у нас есть два сценария - на Четыре острова, ящерицы могут получить столько еды, сколько они хотят, и им не нужно беспокоиться о хищниках на земле. На этих островах мы ожидали ящериц, которые были более склонны рисковать, чтобы выжить и произвести больше потомства.
«Однако на островах с хищниками мы ожидали, что ящерицы с более смелыми «личностями» будут проводить много времени на земле и будут более уязвимы для хищников», - продолжил он. «Через несколько месяцев, когда мы вернулись на острова, мы нашли именно это».
Авторы этого исследования также обнаружили, что отбор по различным морфологическим признакам происходил параллельно с естественным отбором поведения. Этот результат особенно интересен, потому что он показывает, что естественный отбор - это сложный процесс, который может одновременно формировать различные фенотипические измерения, такие как поведение и морфология..
Помимо общепринятого мнения о том, что естественный отбор и эволюция могут вызывать физические, но не поведенческие изменения, исследование указывает на необходимость дальнейших исследований.
«Традиционно люди предполагали, что животное может быть смелым или застенчивым в зависимости от ситуации, но поскольку мы проводим больше исследований в этой области, мы понимаем, что это не так», - сказал Лапьедра.«Исследователи все чаще обнаруживают, что есть люди, которые всегда застенчивы, а есть люди, которые всегда смелые». Разгадка того, как эти поведенческие черты появляются и меняются с течением времени, поможет нам понять, как животные справляются с изменениями в окружающей их среде - идея, имеющая большое значение на нашей быстро меняющейся планете.
И хотя исследование показало, что эти черты могут столкнуться с давлением естественного отбора, пока не ясно, могут ли они быть унаследованы последующими поколениями.
«Естественный отбор имеет решающее значение для адаптации к новым экологическим вызовам», - сказал Лапьедра. «Но наличие естественного отбора само по себе не подразумевает эволюцию. Мы показали, что существуют постоянные вариации в поведении. Если в поведении есть наследуемость… более смелые ящерицы будут иметь более смелых потомков. Но пока мы у нас нет доказательств этого Мы можем сказать, что некоторые фенотипы выживают лучше, чем другие в определенных условиях… но это не обязательно подразумевает эволюцию."
Эти доказательства, однако, могут быть в пути. Лапьедра и его коллеги собирают генетические образцы детей, рожденных на островах, и используют генетические инструменты, чтобы определить, унаследовали ли они смелый или застенчивый характер от своих родителей.
"У нас уже есть данные за два года", сказал он. «Исходя из этого, мы надеемся, что сможем сказать, является ли поведение наследственным или нет, и меняется ли оно в одном направлении или нет. Таким образом, это предоставило бы фактические доказательства эволюции поведения - это был бы большой шаг к разгадке роли, которую играет поведение». в эволюции."