Флорида стала убежищем для инвазивных видов в Соединенных Штатах, но, пожалуй, самым известным из инопланетных жителей штата является бирманский питон. Эти гигантские змеи, родом из Юго-Восточной Азии, за последние несколько десятилетий хорошо зарекомендовали себя и даже процветают в новой среде обитания.
«У бирманских питонов мы наблюдали быстрое установление и расширение инвазивной популяции во Флориде, которая весьма экологически отличается от Юго-Восточной Азии и, вероятно, налагает значительный экологический отбор на инвазивную популяцию бирманских питонов», - сказал Тодд Касто. профессор биологии Техасского университета в Арлингтоне и директор лаборатории Кастоу.«У этой ситуации были все признаки системы, в которой могла произойти быстрая адаптация, поэтому мы были рады проверить эту возможность, используя передовые геномные подходы».
Исследователи изначально намеревались определить, могли ли питоны адаптироваться к экстремальным заморозкам во Флориде в 2010 году. Они собрали данные для десятков образцов до и после заморозков. Сканируя области генома бирманского питона, они определили части генома, которые значительно изменились между двумя временными периодами, предоставив четкие доказательства эволюции, происходящей в этой популяции за очень короткий промежуток времени..
«Заморозки во Флориде в 2010 году привели к документально подтвержденной гибели инвазивных бирманских питонов в полевых условиях на уровне от 40 до 90 процентов, поэтому, если бы происходила эволюция и адаптация, мы знали, что должны увидеть это в течение этого периода времени, который наложил очень сильное узкое место отбора», - сказал Кастоэ.
Мы использовали метод, обычно называемый сканированием генома, который идентифицирует области генома, которые, по-видимому, находятся под сильным естественным отбором, которые могут содержать гены, важные для адаптации, которые, возможно, позволили подмножеству этой популяции пережить эти заморозки», - добавил он.
Исследователи ожидали найти в этих областях гены, которые важны для потенциальной адаптации к холоду, но по мере дальнейшего изучения данных начал появляться другой сигнал, рассказывающий более широкую историю об адаптации в этой инвазивной популяции.
Мы продолжали видеть признаки адаптации в генах, связанных с делением клеток, ростом органов и развитием тканей, что, по общему признанию, поначалу озадачивало нас. Однако в конце концов нам пришло в голову, что существует связь с параллельным проектом в лаборатория, которая использует бирманских питонов в качестве модельной системы для понимания регенеративного роста органов, когда ткани подавляются во время голодания, а затем регенерируются циклически, что соответствует циклам питания большинства питонов. Мы начали задаваться вопросом, был ли сигнал, который мы видели в геноме Флоридские бирманские питоны были связаны с адаптацией в том, как они регенерировали системы органов на основе своей экологии питания», - сказал Дарен Кард, недавно получивший степень доктора философии. D. студент лаборатории Castoe, который работал над этим проектом для своей диссертации.
Вооруженные рабочей гипотезой о том, что инвазивные бирманские питоны могут приспосабливаться к более регулярному питанию во Флориде, исследователи собрали дополнительные экологические, функциональные геномные и морфологические данные, чтобы понять, с какой частотой кормятся питоны и есть ли физиологические изменения, соответствующие более регулярному питанию.
Эти дополнительные анализы показали, что бирманские питоны во Флориде постоянно питаются и что морфологические паттерны тканей и экспрессии генов поддерживают более активную регуляцию физиологического состояния голодных питонов - кажется, что флоридские питоны приспособились регулировать свою пищеварительную физиологию, чтобы более эффективно поедают добычу постоянно Это вызывает тревогу, потому что уже было показано, что эти змеи оказывают серьезное негативное воздействие на эндемичные популяции млекопитающих и птиц в Южной Флориде, включая национальный парк Эверглейдс, и наши данные предполагают, что благодаря быстрой адаптации они только «становится лучше» в качестве эффективного инвазивного хищника», - добавил Кард.
Заведующий кафедрой биологии UTA Клей Кларк поздравил команду с этой работой, которая дает ощутимые доказательства того, что эволюция может происходить чрезвычайно быстро в естественных популяциях, и что такая быстрая эволюция может привести к серьезным изменениям в очень сложных признаках, которые влияют на физиологию и экология позвоночных.
«Эти результаты дают беспрецедентную перспективу того, как быстро может развиваться популяция позвоночных, а также обеспечивают новые связи между геномной адаптацией и сложными физиологическими изменениями, связанными с экологическим воздействием инвазивных видов», - сказал Кларк. «Это особенно важная работа, учитывая стратегическую направленность UTA на глобальное воздействие на окружающую среду».