Исследователям из Цюрихского университета удалось задокументировать чрезвычайно редкий случай эволюционной адаптации «в действии» среди диких снежных полевок вблизи Кура. Селективное давление, вызванное несколькими последовательными зимами с ранним снегопадом, привело к генетическому снижению массы тела. Причина: более мелкие полевки полностью вырастают к моменту ухудшения погодных условий.
Адаптивная эволюция, то есть генетические изменения посредством естественного отбора, играет центральную роль в том, как популяции растений и животных гарантируют свое долгосрочное выживание. Хотя этот процесс хорошо изучен в условиях разведения и в лаборатории, до сих пор во многом неясно, как часто и как быстро он происходит в естественных условиях. Примеры современной адаптивной эволюции остаются крайне редкими.
Легкие снежные полевки выносливее, а не крупнее
Именно это удалось сделать группе под руководством Эрика Постма, руководителя исследовательской группы кафедры эволюционной биологии и экологических исследований УЖ. Ученые изучали популяцию снежных полевок (Chionomys nivalis) в их альпийской среде обитания над Курвальденом (Граубюнден, Швейцария) на высоте около 2000 метров с 2006 года. Они смогли продемонстрировать, что полевки изменились генетически за несколько только поколения. «Но, вопреки нашим ожиданиям, они не стали больше», - говорит Постма. «Вместо этого адаптивная эволюция заставила полевок стать меньше и легче».
В принципе, более крупные снежные полевки лучше приспособлены: у них больше возможностей для выживания и размножения. Однако, несмотря на эту положительную корреляцию на фенотипическом уровне, на генотипическом уровне была очевидна обратная причинно-следственная связь. «Полевки, чей генетический состав привел к меньшей массе тела, были наиболее приспособленными, особенно в годы, когда первый зимний снег выпадал раньше обычного», - объясняет биолог. Это может быть связано с тем, что более легкие детеныши с большей вероятностью достигнут своего окончательного размера до того, как погода испортится и наступит зима.
Количественные генетические модели дают более точную картину отбора
Если бы ученые ограничили свои наблюдения исключительно фенотипическими признаками, такими как размер тела и вес, этот редкий пример «эволюции в действии» в дикой природе остался бы скрытым. Ведь за то же десятилетие количество снежных полевок в популяции одновременно сократилось, поэтому каждому животному стало доступно больше пищи. В свою очередь, это экологическое изменение компенсировало генетическое изменение и заставило средний вес оставаться постоянным. Только разделив роль генов и среды, биологи смогли увидеть сквозь эту фенотипическую «маскировку».
Основываясь на образцах ДНК, они начали с реконструкции генеалогии популяции полевок и, таким образом, того, как животные были связаны между собой. Затем они использовали статистические модели и количественную генетику, чтобы определить, как гены, ответственные за массу тела, менялись с течением времени. Этот подход выявил эволюционное давление в пользу молодых животных, которые раньше достигают максимального размера тела. «Мы предполагаем, - добавляет Постма, - что колебания климата - несколько лет подряд с ранними снегопадами - являются давлением отбора, стоящим за этой эволюционной адаптацией».
Адаптивная эволюция за счет климатических изменений ранее недооценивалась
Ни давление отбора, ни эволюционная реакция не могут быть идентифицированы с помощью методов, используемых в большинстве исследований, изучающих, как дикие популяции реагируют на изменения окружающей среды, которые преимущественно концентрируются на изменениях фенотипа. В диких популяциях отсутствие генетической точки зрения может привести к ошибочному пониманию того, как связаны причины и последствия естественного отбора. Как следствие, важность адаптивной эволюции в популяциях растений и животных, возможно, до сих пор недооценивалась, особенно когда речь идет об адаптации в ответ на быстрые антропогенные изменения окружающей среды.