Предположим, что мы могли бы наблюдать за двадцатью поколениями китов или акул, адаптирующихся к изменению климата, измеряя, как они развиваются и как меняется их биология по мере повышения температуры и уровня углекислого газа. Это может многое рассказать нам о том, насколько устойчивой может быть жизнь в океанах к более теплому миру. Но это также заняло бы сотни лет - не очень полезно для ученых или политиков, пытающихся понять наш потеплевший мир сегодня.
Вместо этого подумайте о жизни веслоногих рачков Acartia Тонса, крошечных и скромных морских существ на дне пищевой цепи. Он размножается, созревает и создает новое поколение примерно за двадцать дней. Примерно за год проходит двадцать поколений веслоногих.
Группа из шести ученых под руководством биолога из Университета Вермонта Мелиссы Песпени и доктора наук Рида Бреннана сделала именно это: в первом в своем роде лабораторном эксперименте они подвергли тысячи веслоногих рачков воздействию высоких температур и высокие уровни углекислого газа, которые прогнозируются для будущего океанов. И смотрел, как прошло двадцать поколений. Затем они взяли несколько веслоногих и вернули их к исходным условиям - температуре и уровням CO2, в которых начиналось первое поколение, которые сегодня напоминают условия океана. А потом они продолжали смотреть, как прошло еще три поколения.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, «показывают, что есть надежда, - говорит Песпени, - но также и сложность реакции жизни на изменение климата».
Цена пластичности
Ее надежда связана с наблюдением команды, что копеподы не погибли в условиях изменения климата. Вместо этого они упорствовали и даже процветали. Ученые - из УВМ; Университет Коннектикута; GEOMAR Гельмгольц Центр океанических исследований в Германии; и Университет Колорадо в Боулдере - зафиксировали множество изменений в генах копепод, связанных с тем, как они справляются с тепловым стрессом, выращивают свои скелеты в более кислых водах, производят энергию и другие клеточные процессы, на которые влияет изменение климата. Это показывает, что эти существа обладают способностью в своем генетическом строении - используя вариации, существующие в естественных популяциях, - адаптироваться в течение двадцати поколений, эволюционируя, чтобы поддерживать свою приспособленность в радикально изменившейся среде. Наблюдения команды подтверждают идею о том, что веслоногие ракообразные - глобально распространенная группа ракообразных, поедаемых многими коммерчески важными видами рыб, - могут быть устойчивы к беспрецедентно быстрому потеплению и закислению, происходящим в океанах в результате использования человеком ископаемого топлива.
Сложность - «на самом деле это предостережение», - говорит Песпени, - связана с наблюдением команды за тем, что случилось с копеподами, которых вернули в исходные условия. Эти существа раскрыли скрытую цену предыдущих двадцати поколений адаптации. Гибкость, которая помогла веслоногим эволюционировать в течение двадцати поколений, - то, что ученые называют «фенотипической пластичностью», - была подорвана, когда они попытались вернуться к тому, что прежде было благоприятным состоянием. Привезенные «домой» веслоногие в некотором смысле были менее здоровы и производили меньшую популяцию. Они смогли, спустя три поколения, реэволюционировать обратно к своим наследственным условиям, но они утратили способность переносить ограниченное снабжение пищей и показали пониженную устойчивость к другим новым формам стресса..
"Если копеподы или другие существа должны пройти этот адаптивный путь - и потратить часть своей генетической изменчивости, чтобы справиться с изменением климата - смогут ли они выдержать какой-то новый фактор стресса окружающей среды, какое-то другое изменение в окружающей среде? " - недоумевает Песпени. Веслоногие ракообразные относятся к широкой группе видов, которые, по прогнозам, будут устойчивы к быстрому изменению климата, и это новое исследование, проведенное при поддержке Национального научного фонда, подтверждает эту точку зрения.
«Но нам нужно быть осторожными с слишком простыми моделями - о том, насколько хорошо виды будут жить и какие из них сохранятся в будущем - которые рассматривают только одну переменную», - сказал Рейд Бреннан, который завершил это исследование в журнале Мелиссы Песпени. лаборатории Университета Вермонта и в настоящее время находится в Центре океанических исследований Гельмгольца GEOMAR в Киле, Германия. И новое исследование веслоногих ракообразных, проведенное учеными, указывает на большую правду о запутанной экономике эволюции: быстрая эволюция в внезапно нагревшемся мире может повлечь за собой непредвиденные издержки.