Перейти к содержанию
Умный вечер

Эволюция, которую можно увидеть: ящерицы, мухи и бактерии за считанные годы

Принято думать, что эволюция — это нечто очень медленное: миллионы лет, окаменелости в музейных витринах, далёкое прошлое. Но биологи давно убедились, что перемены происходят и на наших глазах. Иногда для заметных сдвигов хватает нескольких десятков лет, а иногда — одной лабораторной колбы.

Под «доказательствами эволюции» понимают научные данные, которые подтверждают: все живые существа Земли произошли от общего предка. Именно благодаря им основы эволюционного учения признаны в науке, а ведущей системой взглядов на видообразование стала синтетическая теория эволюции. Посмотрим, какие из этих доказательств можно буквально наблюдать.

Дерево жизни с силуэтами разных организмов
Все живые существа Земли, по данным науки, связаны единым эволюционным деревом

Три группы свидетельств

Учёные выделяют три группы доказательств самого факта эволюции.

  1. Задокументированные небольшие изменения видов, которые происходят за геологически короткое время — в дикой природе и при селекции сельскохозяйственных растений и домашних животных.
  2. Палеонтологическая летопись — она показывает, как сильно менялась жизнь на протяжении истории планеты.
  3. Особенности строения современных организмов, например рудиментарные органы и атавизмы. Они позволяют выдвигать проверяемые предположения об общем происхождении видов.

Степень родства устанавливают и другими способами: сравнивая строение, геномы и развитие зародышей. Ещё один источник — биогеография, наука о том, как живые существа распределены по земному шару. Всё вместе складывается в единое эволюционное дерево жизни.

Ящерицы с адриатического острова

Одна из самых наглядных историй началась в 1971 году. Пять пар взрослых стенных ящериц Podarcis sicula перевезли с хорватского острова Под Кописте на соседний — Под Маркару, на юге Адриатического моря. Условия там были похожи на привычные, наземных хищников не было, и за три десятилетия ящерицы расселились по острову, вытеснив местную родственную популяцию Podarcis melisellensis.

Когда исследователи вернулись, они увидели другую ящерицу. Сравнение митохондриальной ДНК показало, что генетически популяции неразличимы. Но в новой популяции:

  • увеличился средний размер особей, укоротились задние конечности, снизилась максимальная скорость бега, изменилась реакция на хищников — на острове меньше опасностей и больше густой растительности для маскировки;
  • голова стала крупнее и массивнее, а укус сильнее.

Причина — в рационе. На Под Кописте ящерицы в основном ели насекомых, а на Под Маркару в зависимости от сезона почти две трети пищи составляют растения. Они жёсткие и волокнистые, и мощные челюсти помогают их откусывать и перемалывать.

Стенная ящерица на скалистом острове
Стенные ящерицы на Под Маркару за три десятилетия перешли на растительную диету

Самым неожиданным стало другое: у новой популяции появился илеоцекальный (подвздошно-слепокишечный) клапан. Он замедляет проход пищи и создаёт в кишке камеры брожения, где микробы расщепляют трудноперевариваемую растительную массу. Раньше таких клапанов у этих ящериц не находили, в том числе у исходной популяции. Специалисты называют это «эволюционным новшеством». В кишечнике новичков к тому же обнаружились нематоды, которых у предков не было.

Сменилась и жизнь сообщества. Растения — более обильный и надёжный источник пищи, чем насекомые, поэтому ящериц стало больше. А поскольку гоняться за добычей больше не нужно, они перестали агрессивно защищать свои территории.

Когда микробы и насекомые обгоняют наши лекарства

К самым практичным и порой тревожным примерам относится устойчивость к антибиотикам и пестицидам. Появление форм золотистого стафилококка, устойчивых к ванкомицину, — прямой результат естественного отбора. То же с шигеллой, устойчивой к сульфаниламидам. Комары, переносящие малярию, стали нечувствительны к ДДТ, а австралийские кролики выработали устойчивость к миксоматозу.

За последние 50 лет зарегистрировано более 2500 случаев приспособления насекомых-вредителей к пестицидам. Поэтому всё чаще применяют биологические средства — например, вирус CpGV (грануровирус яблонной плодожорки) против плодожорки, личинки которой живут в «червивых» яблоках. Но уже в 2003 году эффективность вируса начала падать, а к 2005-му появились популяции, чья устойчивость выросла в 100 000 раз. Причину нашли: мутация в половой Z-хромосоме.

Как рождаются виды

По синтетической теории, новый вид возникает, когда особи одного вида разделяются на группы, которые не скрещиваются. Преградой может стать горный хребет или море (аллопатрическое видообразование) либо различие экологических ниш в одном ареале (симпатрическое). Затем популяции развиваются порознь, накапливают различия — и в итоге скрещивание становится невозможным. Бывает и стремительный путь: полиплоидия (кратное увеличение числа хромосом) и гибридизация.

Из этого следует проверяемое предсказание. Если виды расходятся постепенно, сегодня мы должны видеть все промежуточные стадии: свободное скрещивание, затруднённое, сниженную плодовитость, бесплодное потомство, полную изоляцию. Не найди мы их — учение было бы опровергнуто. Но находки есть.

Кольцо популяций саламандры вокруг горной долины
Кольцевой вид: соседние формы саламандры скрещиваются, а крайние уже нет
  • Гибриды в зонах контакта. Чёрная и серая вороны с разными ареалами образуют гибридов там, где ареалы пересекаются.
  • Кольцевые виды. Саламандра Ensatina eschscholtzii живёт кольцом вокруг гор у тихоокеанского побережья Северной Америки. Соседние формы скрещиваются, но крайние — красноватая eschscholtzii и чёрно-белая klauberi — сосуществуют на юге Калифорнии и между собой не скрещиваются.
  • Сниженная плодовитость. У гибридов жерлянок краснобрюхой и желтобрюхой, у гибридов некоторых землероек-бурозубок.
  • Бесплодие. Мул, гибрид лошади и осла, как правило, бесплоден. Гибриды гребенчатого и мраморного тритонов бесплодны из-за непарных хромосом.
  • Гибель зародыша. У леопардовой и лесной лягушек оплодотворение происходит, но зародыш затем погибает. Так же у двух видов хлопчатника.

Белый медведь: вид в пути

Белый медведь родствен бурому: они могут скрещиваться и давать плодовитое потомство. Но различий накопилось много, и они позволяют жить там, где бурый не выжил бы. Белая окраска маскирует охотника на тюленей, полые волоски дают плавучесть и сохраняют тепло, подкожный жир к зиме достигает 10 сантиметров. Длинная шея помогает держать голову над водой, перепончатые лапы работают как вёсла, а бугорки на подошвах и плотная шерсть спасают от скольжения и холода. Меньшие уши берегут тепло, веки служат «солнечными очками», зубы острее, а желудок вмещает целого тюленя. Без еды зверь может обходиться до девяти месяцев, перерабатывая мочевину.

Новые виды на глазах у людей

В среднем полная несовместимость геномов возникает примерно за 3 млн лет, так что в природе увидеть рождение вида — редкая удача. Но в лаборатории процесс можно ускорить, и примеры есть.

  • У растений — конопля, крапива, первоцвет, редька, капуста, папоротники: виды возникали через гибридизацию и полиплоидию. Бывало и без них — у кукурузы и астровой Stephanomeria malheurensis.
  • У дрозофил с 1970-х годов зафиксировано много случаев видообразования, а также у комнатных мух, мучных жуков, комаров.
  • Тутовый шелкопряд домашний произошёл от дикого в результате искусственного отбора: между формами практически нет скрещиваний и потомства.
  • Одноклеточные водоросли хлорелла под давлением хищников образовывали многоклеточные колонии. Считать ли это видообразованием, зависит от определения вида.
  • На острове Мадейра за последние 500 лет возникло шесть форм домовых мышей — из-за изоляции, генетического дрейфа и слияния хромосом. У некоторых популяций таких слияний девять; а слияние двух хромосом — главное отличие геномов человека и шимпанзе.

Мухи на яблонях

Особенно показательна яблонная пестрокрылка Rhagoletis pomonella. Раньше её личинки развивались только в плодах боярышника в восточной части США. Когда в Америку завезли яблони (первое упоминание — 1647 год), открылась новая ниша, и в 1864 году личинок нашли в яблоках. За полтора века две расы заметно разошлись: гибридизация не превышает 4–6 %. Яблоневые мухи спариваются на яблонях, боярышниковые — на боярышнике, а плоды созревают в разное время, что и создаёт изоляцию. Возможно, скоро это станут самостоятельные виды.

Белый медведь плывёт среди льдов
Белый медведь и бурый ещё способны скрещиваться, но приспособлен белый к совсем иной жизни

Эксперименты: тли и кишечная палочка

В конце 1950-х — начале 1960-х советский биолог Г. Х. Шапошников менял кормовые растения у разных видов тлей. Впервые наблюдалась репродуктивная изоляция подопытных особей от исходной популяции — признак образования нового вида.

Самый известный долгий опыт начал Ричард Ленски с коллегами из Мичиганского университета. В 1988 году 12 колоний кишечной палочки поместили в одинаковую среду, где единственным источником пищи была глюкоза; ещё в ней был цитрат, который эти бактерии при кислороде усваивать не умеют. Сменилось более 68 тысяч поколений, и опыт продолжается.

Большинство изменений повторялись во всех колониях — например, бактерии росли в размерах. Но между поколениями 31 и 32 тысячи в одной из колоний произошёл резкий скачок: бактерии научились питаться цитратом. По сохранённым образцам выяснили, что цепочка изменений началась ещё около 20-тысячного поколения и только в этой колонии. Позже обнаружилось и неожиданное: в популяции Ara-2 в 2014 году заметили экологическую диверсификацию, а в 2017-м усложнение популяций и их взаимодействий — уже в 9 из 12 колоний. Это изменило представления о том, как бесполая популяция приспосабливается к стабильной среде.

Колбы с бактериальными культурами в лаборатории
В эксперименте Ленски 12 колоний бактерий растут с 1988 года и уже дали более 68 тысяч поколений

Дерево, которое мы только начинаем читать

Ящерицы с острова, мухи на яблонях, бактерии в колбе — каждая история по отдельности скромна. Но вместе они показывают: механизмы, которые должны были породить всё разнообразие жизни от общего предка, работают и сегодня. Мутации, отбор, изоляция не ушли в прошлое — они идут рядом с нами, просто чаще всего слишком тихо, чтобы мы их замечали.

Источник: Википедия — Доказательства эволюции

Ещё у этого автора

Об авторе

Умный вечер

Большие спокойные статьи для любознательных: история, наука, искусство, язык и природа. Каждая статья — одна тема, разобранная как следует: с иллюстрациями, живыми подробностями и без спешки.

Тема: Образование

18 записей на сайте

Все записи автора

Рекомендации