Исследователи из Бернского университета провели масштабный полевой эксперимент и выяснили, что популяции одного и того же вида рыб могут быть гораздо сильнее приспособлены к конкретным условиям, чем считалось раньше. Даже среды, которые кажутся нам почти одинаковыми, могут запускать эволюционные изменения. Это скрытое разнообразие важно не только для понимания того, как возникает биоразнообразие, но и для его сохранения.
Со времен Чарльза Дарвина естественный отбор считается главной движущей силой эволюции. Наследственные признаки, дающие преимущество в местной среде, со временем распространяются все шире. В результате популяции приспосабливаются к окружающим условиям и могут постепенно расходиться, что в итоге ведет к появлению новых видов. Поэтому повторяющиеся закономерности в природе, например схожие формы тела в схожих условиях, часто воспринимаются как доказательство работы естественного отбора.
Однако чтобы доказать, что популяция действительно адаптирована к своей среде, нужен более прямой тест: особи должны чувствовать себя лучше в родных условиях, чем пришельцы из других мест. Именно такую проверку провела команда под руководством доктора Мариуса Рести из Института экологии и эволюции Бернского университета.
Модельным организмом стала трехиглая колюшка (Gasterosteus aculeatus) — небольшая рыба, обитающая в самых разных водоемах Северного полушария, от крупных озер до маленьких ручьев. В схожих условиях разные популяции колюшки неоднократно развивали похожие черты. Но новые данные показали: различия между популяциями не сводятся только к адаптации к широким типам среды вроде «озеро» или «ручей». Большая часть приспособлений тонко настроена на уникальные условия конкретного места.
В эксперименте участвовали колюшки из Боденского озера — одного из крупнейших озер материковой Европы — и из четырех притоков в Швейцарии, Лихтенштейне и Германии. Рыб выращивали два поколения в одинаковых лабораторных условиях в Бернском университете. К моменту выпуска в природу они никогда не видели естественных водоемов, где жили их предки. Затем более 700 рыб поместили в специальные вольеры на трех природных участках: в самом Боденском озере и в двух ручьях, откуда брали исходные популяции.
Результаты подтвердили известную закономерность: озерные рыбы лучше выживали в озере, а ручьевые — в ручьях. Это ясное доказательство адаптации к контрастным условиям. Но самое интересное открытие ждало впереди. Оказалось, что адаптация выходит далеко за рамки этого широкого противопоставления. В каждом из двух ручьев местные рыбы показали лучшие результаты, чем не только озерные, но и рыбы из другого ручья, расположенного всего в нескольких километрах.
Поскольку все рыбы два поколения росли в одинаковых лабораторных условиях, индивидуальный опыт или прямые экологические эффекты исключены. Наблюдаемые различия отражают наследственные изменения, которые закрепились через естественный отбор за многие поколения. Для человека два маленьких ручья могут выглядеть почти одинаково, но для рыб они представляют совершенно разные миры. Ручей — это не просто ручей.
Исследование подчеркивает, что биоразнообразие не ограничивается различиями между видами. Естественный отбор способен сделать популяции одного вида удивительно уникальными, даже если они живут в похожих на наш взгляд условиях. Местные популяции могут хранить генетические адаптации, которые поддерживались отбором на протяжении многих поколений. Это делает их важной частью биологического разнообразия.
Полученные результаты имеют прямое значение для охраны природы. Популяции не являются свободно взаимозаменяемыми. Если животных или растения переместить из одного места в другое, они могут оказаться в условиях, к которым плохо приспособлены, и будут испытывать трудности с выживанием и размножением. Поэтому местной адаптации следует уделять больше внимания, особенно в проектах по реинтродукции и перемещению видов.
Большая часть современной биологии опирается на поиск закономерностей в больших данных, абстрактные модели и статистические анализы, которые все чаще поддерживаются искусственным интеллектом. Такие подходы способны выявить важные закономерности. Но проверить, насколько научное объяснение верно, можно только экспериментально. Полевые эксперименты в реальных условиях особенно ценны. Новое исследование показывает, как скрытая локальная адаптация может быть выявлена напрямую через эксперименты в природе.
В то время как наука становится все более технологичной, такие прямые проверки реальности особенно важны. Полевые эксперименты требуют не только тщательного мышления, но и практических способов воплотить идеи в жизнь. Пока только люди могут совместить эти требования. Применение подобных подходов к другим организмам покажет, насколько широко эти результаты распространяются на всю природу. Значит, работы еще много.
Результаты исследования опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Изображение: М. Рёсти
