Как "эффект основателя" влияет на эволюцию

Что важнее для эволюции: генетическое "наследство" предков или внешние факторы? Две группы американских и британских биологов опубликовали результаты своих исследований по этому вопросу. Одни изучили воздействие "эффекта основателя", другие - естественного отбора. Но вышло, что каждая команда, подобно куликам, расхвалила свое "болото".

Состоялись два продолжительных и трудоемких исследования, посвященных эволюции. Они освещают этот процесс с совершенно разных сторон. Американские биологи выяснили: так называемый "эффект основателя" может влиять на признаки у последующих поколений сильнее, чем интенсивный естественный отбор. А их оппоненты-британцы, наоборот, подтвердили классическое представление о естественном отборе, отследив его гибкий адаптивный механизм.

Американские биологи отселили семь пар ящериц с большого острова в Багамском архипелаге на семь соседних маленьких островков и четыре года наблюдали за эволюцией их потомства. Еще со времен Дарвина биологи обожают изучать процессы естественного отбора на примере островных популяций животных и растений. Опыт показывает, что обитатели островов эволюционируют быстрее, чем их континентальные родственники.

Все дело в географической изоляции этих мест, где к тому же ослаблена межвидовая конкуренция. Попав на острова, животные очень быстро приспосабливаются к новым условиям, порой изменения, происходящие с их телами, разительны. Ученые даже предположили, что многие виды континентальных млекопитающих вообще способны стремительно меняться, но множество факторов, влияющих на естественный отбор на "большой земле", тормозят этот гипотетический процесс.

Все семь популяций ящериц-"робинзонов" быстро приспособились к новым условиям. Так, их конечности укоротились. Но различия в строении тел ящериц с семи разных островов к концу эксперимента по-прежнему определялись не природными условиями, а характерными чертами их предков - пар-основателей. Спустя четыре года все потомки, несмотря на разницу в условиях, сохраняли черты своих прапрадедушек и прапрабабушек. Выходит, что генетическое наследие основателей сохраняет важную роль в разнообразии популяций в изолированных местообитаниях. Даже на фоне их быстрой эволюции под действием естественного отбора.

Результаты эксперимента применимы не только к островным популяциям. По словам биологов, "островной эффект" может наблюдаться и у континентальных популяций животных из-за фрагментации естественных местообитаний. Происходит это и из-за деятельности человека - к примеру, когда из-за вырубки лесов обитатели одной зоны вдруг оказываются разделенными. В таких условиях эволюция может протекать в несколько раз быстрее, и "эффект основателя" проявится так же, как в исследовании с ящерицами.

А группа биологов из Великобритании сосредоточилась на совершенно иных аспектах процесса эволюции. Интересовавший их вопрос уходит корнями во времена индустриализации. Тогда на примере моли пяденицы березовой и стало очевидным влияние деятельности человека на процесс естественного отбора.

Эта моль, живущая в лесах, имеет несколько вариантов окраски - от светлой до темно-серой, почти черной. В начале промышленной революции в викторианскую эпоху биологи Англии заметили, что темных пядениц становится больше с каждым годом. Феномен удалось объяснить довольно скоро: в промышленно развитых районах вырастали заводы, из труб которых вырывался дым с хлопьями сажи. Сажа оседала на деревьях в ближних лесах, их стволы темнели. Пяденицы светлой и средней окраски на черных стволах становились более заметны птицам, и потому чаще погибали. Черные же, напротив, здравствовали и активно производили потомство с тем же окрасом. Так деятельность человека ощутимо повлияла на ход естественного отбора. Примерно в 70-е годы XX века воздух начал становиться чище, и доля черных особей резко упала.

Позднее, в 1990 годы некоторые исследователи усомнились в правильности выводов своих предшественников. Эти заявления пришлись по вкусу и креационистам - сторонникам теории создания вселенной богом или неким творцом. Они утверждали, что естественный отбор не может вызвать эволюционные изменения.

Чтобы проверить, действительно ли популяции пяденицы светлели и темнели из-за оседания сажи на деревьях, группа биологов из нескольких университетов США и Великобритании поставила многолетний эксперимент. Работу начал профессор генетики Майкл Маджерас (Michael Majerus) из университета Кембриджа, к сожалению, не доживший до ее окончания.

Сначала Маджерас целый год изучал разные фенотипы пяденицы в лесах вокруг университета. Затем начался сам эксперимент. За несколько часов до рассвета исследователь разместил светлых и темных бабочек в пропорции, соответствующей природной, на деревьях в лесу. В следующие часы он наблюдал за бабочками, чтобы понять, какие уцелели, а какие попали птицам на завтрак. Для большей статистической точности было выпущено почти 5 тысяч бабочек. На исследование ушло целых шесть лет.

За это время биологи установили: темные особи пяденицы становились добычей птиц на 10 процентов чаще, чем светлые. Этой разницы, по мнению ученых, вполне достаточно, чтобы объяснить быстрое снижение доли меланистических (темноокрашенных) особей этой моли в постиндустриальной Великобритании. А это в свою очередь доказывает: изменение доли темных пядениц в Великобритании - а значит, и естественный отбор - объяснялись именно появлением копоти заводских труб, а затем ее исчезновением.

Исследования, проведенные британскими и американскими учеными, показывают процесс естественного отбора с двух разных сторон. Генофонд основателей может влиять на особенности потомков сильнее, чем необходимость адаптироваться к окружающей среде. С другой стороны адаптивные изменения могут происходить стремительно - буквально на глазах. Остается признать: эволюция велика и разнообразна, и нам предстоит еще многое узнать о ее механизмах.