Небольшие, кажущиеся незначительными мутации плодовых мушек на самом деле могут дать представление о том, как вид будет развиваться через десятки миллионов лет в будущем.
Это основное внимание в новом исследовании ученого из Университета штата Флорида, который вырастил 200 поколений плодовых мушек, чтобы изучить, как они изменились как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. То, что он обнаружил, было весьма неожиданным.
Небольшие мутации крыла плодовой мушки - дрозофилиды - предсказывают до 40 миллионов лет эволюции этого распространенного домашнего вредителя. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
«Главное заключается в том, что мутация, которая происходит сейчас, влияет на долгосрочную эволюцию», - сказал профессор биологических наук Дэвид Хоул. «Как это происходит, неясно. Некоторые ученые считают, что эволюция направляется источником мутаций. Другие предполагают, что те же самые процессы, которые формируют долгосрочную эволюцию, также формируют мутации».
Хоул решил выяснить, есть ли части плодовой мушки, которые не могут мутировать или эволюционировать, и как быстро это делают другие части.
«Мы хотели увидеть, как эффекты, которые производят мутации, связаны с эволюцией», - сказал Хоул. «Мы были удивлены, что у нас были очень тесные отношения».
Дрозовые мушки считаются идеальным видом для ученых, занимающихся исследованием нерешенных проблем эволюции и генетики, потому что каждый год легко разводить более 20 поколений. Их крылья также легко измерить, поэтому ученые могут легко определить даже небольшие изменения.
«Это удобная система для исследования сложных частей организма», - сказал Хоул. «Меня всегда интересовал эволюционный процесс, то, что происходит и что его ограничивает. Это гайки и болты».
Изучая окаменелости и проводя секвенирование ДНК, Хоул и его коллеги узнали, что плодовым мушкам около 40 миллионов лет. Они также подозревали, что характер мутаций мог оставаться постоянным в течение этого периода времени.
«Часто верно, что некоторые вещи развиваются очень медленно, и разумно заключить, что мутационный паттерн может быть одной из таких вещей», - сказал он. «Важно то, что модель прошлой эволюции не обязательно должна быть похожа на мутацию. Мы удивлены тем, насколько они похожи».
Чтобы измерить скорость мутации и эволюции, Хоул и соавтор Ким ван дер Линде из Animal Genetics Inc. из Таллахасси.собрал почти 120 различных видов мух, либо собрав их в природе, либо получив от других ученых. Ван дер Линде изучал, как эти мухи связаны друг с другом.
Хоул затем вырастил 200 поколений плодовых мушек - для размножения такого количества поколений требуется четыре года - а затем по отдельности вырастил некоторых мух, чтобы увидеть, какие изменения произошли в крыльях мух, если таковые имеются. В общей сложности исследователи измерили более 50 000 крыльев мух в ходе этого исследования и обнаружили изменения в общей форме крыла, такие как соотношение ширины и длины и расположение жилок..
Некоторые типы изменений эволюционировали быстрее, чем другие, например, соотношение ширины и длины крыла. Эти эволюционные изменения были также наиболее распространенными мутационными изменениями.
Благодаря этим наблюдениям и сложному статистическому моделированию Хоул и его команда смогли определить, что небольшие мутационные изменения происходили по той же схеме, что и эволюция всей группы видов мух.
Выводы, вероятно, применимы к тому, как развивались другие виды растений и животных, сказал Хоул. Но они также предсказывают следующие 40 миллионов лет эволюции, добавил он.
«То, что мы делаем, более точно известно как ретроспектива - использование чего-то из настоящего для предсказания событий прошлого», - сказал Хоул. «Конечно, теперь мы можем сделать прогноз, что дрозофилы будут развиваться по этому образцу и в будущем».