» » Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

 

Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

 

Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

Спаривающиеся ящерицы Anolis sagrei. Изображение с сайта upload.wikimedia.org

Американские биологи поселили на семь маленьких островков Багамского архипелага по паре ящериц с соседнего большого острова и четыре года наблюдали за эволюцией их потомков. Все семь популяций быстро приспособились к местным условиям, что выразилось в укорочении конечностей. Однако различия между ящерицами с разных островов, которые наблюдались к концу эксперимента, определялись не природными условиями на островах, а генетическим наследием пары основателей. Эксперимент показал, что «эффект основателя» может вносить заметный вклад в разнообразие островных популяций даже на фоне быстрой направленной эволюции под действием отбора.

Со времен Дарвина островные популяции животных и растений являются излюбленными объектами биологов. Благодаря изоляции и ослабленной межвидовой конкуренции («разреженности» экосистем) эволюция на островах может идти чрезвычайно быстро (см. Эволюция на островах идет быстрее, «Элементы», 14.09.2006).

Однако о конкретных факторах, определяющих эволюционную судьбу островных популяций, известно далеко не все. Например, на соседних островах со сходными природными условиями потомки одного и того же вида-основателя могут изменяться похожим образом (см. Видообразование на разных островах идет параллельными путями, «Элементы», 15.03.2007), однако и какие-то различия между островными популяциями тоже обязательно возникают. Параллельную эволюцию легко объяснить сходством условий на островах, что ведет к сходной направленности отбора, действующего на один и тот же «исходный биологический материал». Что касается различий, то их можно объяснять по-разному. С одной стороны, они могут быть вызваны тем, что условия на островах все-таки немного различаются, а значит, направленность отбора, действующего на островные популяции, не совсем одинакова. В этом случае различия островных популяций должны отражать особенности природных условий на островах. С другой стороны, каждый остров обычно заселяется очень небольшой группой первопоселенцев. Особи, случайно занесенные на уединенный остров в океане, представляют собой крохотную выборку из родительской популяции, обитающей на каком-то другом острове или материке. Поэтому различия островных популяций отчасти могут объясняться так называемым «эффектом основателя»: популяции будут разными просто потому, что их генофонды сложились на основе разных маленьких выборок из предкового генофонда (подробнее об эффекте основателя см. в заметке «Языки, как и гены, родом из Африки», «Элементы», 20.04.2011).

На практике, когда мы сравниваем две островные популяции, разделить влияние разнонаправленного отбора и эффекта основателя крайне трудно — прежде всего, из-за отсутствия данных о первопоселенцах. Решить эту задачу можно экспериментальным путем, что и попытались сделать биологи из трех американских университетов (Гарвардского, Дьюка и Калифорнийского Университета в Дэвисе). В течение пяти лет, с 2005 по 2009 г., ученые проводили уникальный эволюционный эксперимент. Они воспользовались тем, что в сентябре 2004 года во время урагана «Фрэнсис» многие мелкие островки Багамского архипелага были полностью затоплены, и все жившие на них ящерицы погибли. В 2005 году авторы поселили на семь таких опустошенных островков по паре ящериц Anolis sagrei, пойманных на более крупном острове Айрон Кей (Iron Cay). Пары первопоселенцев выбирались случайным образом. Каждую ящерицу-основателя тщательно описывали и измеряли, и у каждой брали пробу ДНК.

 

Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

 

Эволюционный эксперимент на ящерицах показал действенность «эффекта основателя»

На большом острове Айрон Кей, где были пойманы ящерицы-основатели, преобладают деревья с довольно толстыми стволами (A, C). На островках, где проводился эволюционный эксперимент, растут лишь чахлые кустики (B, D). Изображение из дополнительных материалов (PDF, 688 КБ) к обсуждаемой статье в Science

 

На всех семи островках потомки основателей быстро размножились. Численность островных популяций росла в первые два года (что соответствует двум поколениям), а затем стабилизировалась на уровне 10–30 особей. Вероятно, эти островки просто не могут прокормить большее число ящериц: площадь, покрытая растительностью (а значит, пригодная для жизни ящериц) составляет на них от 35 до 175 м2. Начиная с 2007 года на некоторых островках регистрировались единичные случаи прибытия естественных иммигрантов — ящериц, самостоятельно добравшихся до острова на какой-нибудь сломанной ветке. Их выявляли при помощи генетического анализа. Однако иммигрантов было слишком мало, чтобы повлиять на изучаемые процессы.

Ящерицы A. sagrei живут и ловят насекомых преимущественно на деревьях. Ранее было показано, что скорость их передвижения по стволам и ветвям (и, соответственно, эффективность охоты) зависит от соотношения толщины ветвей и длины ног. Особи с более короткими ногами быстрее бегают по тонким ветвям, длинноногие — по толстым веткам и стволам. На родном для подопытных ящериц острове Айрон Кей преобладают крупные деревья с толстыми стволами, тогда как на семи экспериментальных островках растут лишь чахлые кустики с тоненькими веточками. Поэтому логично было предположить, что отбор будет способствовать укорочению ног у ящериц в подопытных популяциях.

Так и произошло: на всех семи островках за четыре года средняя длина ног заметно уменьшилась (у самцов — на 6,5%, у самок — на 4,0%). На 12 соседних островках примерно такого же размера, на которых местные популяции ящериц не были уничтожены ураганом, длина ног в течение периода наблюдений не изменилась.

Хотя укорочение конечностей шло параллельно во всех семи популяциях, к концу эксперимента (то есть в 2009 году) популяции заметно отличались друг от друга по средней длине ног. С чем связаны эти различия — со спецификой природных условий на семи островках или с эффектом основателя? В первом случае длина ног у ящериц в 2009 году должна коррелировать с особенностями местной растительности, во втором — с длиной ног у первопоселенцев. Тщательно перемерив кустики на семи островах, авторы не обнаружили никакой корреляции между длиной ног у ящериц и средней высотой и толщиной ветвей местных растений. Зато обнаружилась значимая корреляция между длиной ног у первопоселенцев и их потомков. Островные популяции, произошедшие от более длинноногих основателей, к концу эксперимента имели в среднем более длинные ноги по сравнению с популяциями, произошедшими от прародителей с более короткими ногами.

Аналогичные результаты дал и генетический анализ, в ходе которого сравнивали шесть микросателлитных локусов. Как и следовало ожидать, островные популяции отличались от предковой популяции с острова Айрон Кей пониженным (в среднем на 46%) разнообразием аллелей, а также более низким уровнем гетерозиготности. Кроме того, островные популяции значимо отличались друг от друга и от предковой популяции по частотам аллелей. Почти все аллели, имевшиеся у пары основателей, сохранились у их потомков. Генетические различия, выявленные между островными популяциями, в основном объясняются эффектом основателя и не коррелируют с особенностями местной растительности.

Таким образом, эксперимент показал, что эффект основателя может вносить существенный вклад в наблюдаемые морфологические и генетические различия между островными популяциями. Его действие остается различимым даже на фоне быстрых направленных изменений под действием отбора. Правда, эксперимент продолжался недолго, и можно предположить, что влияние эффекта основателя в дальнейшем будет сходить на нет. Ящерицы лучше приспособятся к особенностям местной растительности, и тогда различия по длине ног между островными популяциями будут определяться уже не наследием прародителей, а адаптацией к среде. Однако авторы не считают такой исход единственно возможным. Они обращают внимание на тот факт, что по величине морфологических и генетических различий между популяциями семь их подопытных островов вполне сопоставимы с другими соседними островами, где ящерицы уцелели после урагана. Кроме того, растительность и состав насекомых на всех этих маленьких островках очень похожи: имеющиеся различия могут оказаться недостаточными, чтобы повлиять на направленность отбора, действующего на ящериц.

Источник: Jason J. Kolbe, Manuel Leal, Thomas W. Schoener, David A. Spiller, Jonathan B. Losos. Founder Effects Persist Despite Adaptive Differentiation: A Field Experiment with Lizards // Science. 2012. V. 335. P. 1086–1089.

См. также:
1) Эволюция на островах идет быстрее, «Элементы», 14.09.2006.
2) Видообразование на разных островах идет параллельными путями, «Элементы», 15.03.2007.

Александр Марков

 

 

08 декабрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Разнообразие звуков китов-убийц зависит от размера их популяции

Крупнейшие современные дельфины, косатки, хорошо известны сложностью и многообразием своих акустических сигналов. Исследование биологов из России, Великобритании и Канады показало, что разнообразие

Вредители контролируют эволюцию растений

Эволюционные эксперименты на резуховидке Таля и ослиннике двулетнем показали, что растения, синтезирующие для защиты от растительноядных насекомых разные вещества, получают селективное преимущество в

Несовместимые гены у представителей одного и того же вида оказались обычным явлением

Американские биологи обнаружили, что взаимно несовместимые пары аллелей нередко встречаются внутри единого, неразделенного видового генофонда. Этот вывод подтвержден на больших искусственных

Новые результаты долгосрочного эволюционного эксперимента: приспособленность подопытных бактерий продолжает расти

Долгосрочный эволюционный эксперимент на бактериях, начатый Ричардом Ленски в 1988 году, продолжает приносить интересные результаты. Как выяснилось, по прошествии 50 000 поколений подопытные бактерии
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Триасовый ихтиозавр Guizhouichthyosaurus оказался сверххищникомИстория робототехники: как выглядели самые первые роботы?Чем могут питаться бактерии, когда вокруг ничего нет?Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?Чипирование началось: Neuralink проследила за мозговой активностью свиньиВ Японии испытали "летающий автомобиль"Голографическое кино может стать реальностью1 сентября к Земле приблизится астероид размером с многоэтажный дом