Используя сорняк, путешествующий автостопом, ученые из Института биологии развития им. Макса Планка впервые выявили скорость мутаций растения, произрастающего в дикой природе.
Они сравнили 100 исторических и современных геномов крошечного растения Arabidopsis, чтобы точно измерить скорость, с которой оно развивается в природе. Самое старое растение, сохранившееся в гербарии, датируется 1863 годом. По оценкам ученых, к этому времени за этим видом в Новом Свете уже более 200 лет. Два разных метода дали один и тот же результат: арабидопсис был завезен европейцами, прибывшими на восточное побережье США примерно в 1600 году. Почти наверняка он был завезен туда случайно, возможно, привезен на ботинках европейцев или смешан с семенами. съедобных растений.
Команда сосредоточилась на образцах из Северной Америки, потому что они знали, что одно конкретное генетическое семейство арабидопсиса было очень широко распространено, что давало возможность наблюдать за недавно приобретенными мутациями. Сравнение 100 полных геномов выявило 5000 новых мутаций, некоторые из которых могли дать растению адаптивное преимущество при колонизации новой среды. Растение перемещалось вглубь страны вместе с поселенцами, постепенно отдаляясь от европейского предка, от которого оно произошло. Образцы этого вида на том же пути сегодня обнаруживают все более глубокие и быстрорастущие корни, что, возможно, свидетельствует о том, что он адаптировался во время своего путешествия автостопом.
«Коллекции инвазивных популяций, собранные в разные исторические периоды, позволяют нам наблюдать «живой» процесс эволюции в действии», - говорит Мойзес Экспозито-Алонсо, первый автор статьи, опубликованной в PLOS Genetics.
Они секвенировали геномы 100 растений, собранных ботаниками в период с 1863 по 2006 год. Все образцы до 1990 года взяты из музейных коллекций высушенных растений. Самые старые высушенные растения, сохранившиеся во времени 150 лет назад, показывают, насколько сильно они эволюционировали к тому времени. Самые молодые растения продолжали меняться и развиваться. Сравнивая геномы растений, которые отличались от общего предка в течение разного количества раз, ученые подсчитали, сколько мутаций растение приобретает в год.
Это, в свою очередь, позволило команде сделать вывод, что последний общий предок этой линии, должно быть, жил в конце 16 или начале 17 века, что совпадает со временем, когда многие люди прибывали на лодках из Европы., особенно юг Великобритании, западное побережье Франции и Нидерланды. Это было очень неожиданно, поскольку предыдущая оценка, в которой не использовалась генетическая информация из высушенных образцов гербария, предполагала, что колонизирующие растения арабидопсиса прибыли только в 19 веке.
Arabidopsis не является вредным сорняком, но полученные данные помогают раскрыть некоторые фундаментальные эволюционные процессы, лежащие в основе способности инвазивных видов колонизировать новые среды обитания. В частности, они открывают некоторые секреты «генетического парадокса вторжения». Это происходит, когда колонизатор с низким генетическим разнообразием, тем не менее, удивительно успешен в новой среде.
Чтобы определить влияние новых мутаций, ученые вырастили некоторые растения в лаборатории, чтобы выявить различия в росте. Тот факт, что такие различия были обнаружены, свидетельствует о том, что некоторые из мутаций, появившихся за последние 400 лет, давали преимущество при колонизации.
«Мы были очень удивлены, поскольку научная догма предполагает, что эволюция обычно протекает гораздо медленнее», - сказал Эрнан Бурбано, один из руководителей этого исследования.
«Точные темпы эволюции растений и животных будут иметь основополагающее значение для реконструкции их прошлой истории и прогнозирования возможности появления новых полезных черт. Наши результаты показывают, что гербарии и образцы животных могут стать источником новой великой ветви генетики в будущем», - говорит Экспозито.