Многолетнее изучение ящериц бросает вызов правилам эволюционной биологии

Самка ящерицы коревого анола (Anolis distichus). Credit: Jon Suh

Чарльз Дарвин (Charles Darwin) утверждал, что эволюция происходит постоянно, заставляя животных приспосабливаться для выживания. Однако многие его современники с этим не соглашались. Если эволюция постоянно приводит к изменениям, спрашивали они, то как же так получается, что две окаменелости одного вида, найденные в одном и том же месте, могут выглядеть идентично, несмотря на разницу в возрасте 50 млн лет?

Все изменилось за последние 40 лет, когда взрыв эволюционных исследований доказал, что эволюция может происходить и происходит быстро - даже от одного поколения к другому. Эволюционные биологи были в восторге, но полученные результаты подтвердили один и тот же парадокс: если эволюция может происходить так быстро, то почему большинство видов на Земле остаются неизменными в течение многих миллионов лет?

Этот парадокс известен как парадокс стазиса, и Джеймс Страуд (James Stroud), доцент Школы биологических наук Технологического института Джорджии, решил изучить его. Он провел долгосрочное исследование в сообществе ящериц, измеряя, как эволюция разворачивается в природе у нескольких видов. Возможно, таким образом он нашел ответ на одну из самых сложных проблем эволюции.

Результаты его исследования были опубликованы на обложке журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Мы называем это парадоксом, потому что он не имеет никакого смысла", - сказал Страуд. "Наиболее распространенное объяснение состоит в том, что естественный отбор работает над стабилизацией внешнего вида вида, предполагая, что средняя форма поможет ему выжить лучше. Проблема в том, что при проведении полевых исследований практически никогда не обнаруживается, что такой "стабилизирующий" отбор действительно существует".

Зеленая ящерица-анола (Anolis carolinensis). Credit: Day's Edge Prods

Лассо для ящериц

Страуд организовал полевое исследование с четырьмя различными видами ящериц Anolis (анолов) на небольшом острове в Тропическом ботаническом саду Фэйрчайлд в Корал Гейблс (Coral Gable). Он измерял естественный отбор у всех четырех видов ящериц в течение пяти последовательных периодов времени, отлавливая и отслеживая выживаемость каждой ящерицы на острове.

Страуд и его коллеги искали ящериц днем и ночью. Используя длинные рыболовные палки с крошечными лассо на кончиках, они осторожно брали их за крепкие шеи, помещали в холодильники и документировали, на какой ветке или пне они нашли каждую ящерицу.

Вернувшись в лабораторию, Страуд измерил головы, ноги, ступни, вес и даже липкость пальцев ящериц. Присвоив каждой ящерице идентификационный номер и пометив ее крошечной меткой под кожей, команда выпустила ящериц на те же ветки, где они их нашли. В последующие дни и недели они отправились ловить остальных ящериц.

Каждые полгода в течение трех лет Страуд и его команда начинали этот процесс заново. Они ловили тех же ящериц, проводили измерения, выпускали их на волю и записывали, какие ящерицы выжили, а какие нет.

Джеймс Страуд использует крошечное лассо, прикрепленное к удочке, чтобы поймать ящерицу. Credit: Day's Edge Prods

Картина эволюции стоит тысячи ящериц

Собирая данные за каждый период времени, Страуд зафиксировал историю каждой ящерицы в сообществе. Затем он связал данные о выживаемости с вариациями признаков тела, что позволило ему проанализировать, какие признаки тела являются важными предикторами выживаемости. В совокупности этот анализ позволил составить картину того, как естественный отбор действует на сообщество в целом.

К своему удивлению, Страуд обнаружил, что стабилизирующая форма естественного отбора - поддержание одинаковых, средних характеристик вида - встречается крайне редко. Более того, естественный отбор сильно варьирует во времени. В одни годы лучше выживали ящерицы с более длинными ногами, в другие - ящерицы с более короткими ногами. В другие годы четкой закономерности вообще не наблюдалось.

"Самый интересный результат - это то, что естественный отбор был чрезвычайно изменчив во времени", - сказал Страуд. "Мы часто наблюдали, как отбор полностью менял свое направление от одного года к другому. Однако при объединении в долгосрочную модель все эти колебания фактически сводились на нет: Виды оставались удивительно похожими в течение всего периода времени".

Результаты, полученные в ходе исследования Страуда, никогда ранее не встречались. Никогда ранее не было такого понимания того, как работает отбор на уровне сообществ, и уж тем более с такой степенью детализации.

Причина того, что ученые так и не поняли, как эволюция работает на уровне сообществ, заключается в том, что долгосрочные исследования, подобные исследованию Страуда, проводятся крайне редко. Исследователи вряд ли возьмутся за такие проекты из-за большого объема работы и времени, которое требуется.

"Эволюция может происходить и происходит - это непрерывный процесс, но это не обязательно означает, что в долгосрочной перспективе все постоянно меняется", - сказал Страуд. "Теперь мы знаем, что даже если кажется, что животные не меняются, эволюция все равно происходит".

По мнению Страуда, понимание эволюции имеет решающее значение для всего, что мы хотим понять о жизни на Земле.

"Понимание эволюции не только помогает нам понять, какие растения и животные нас окружают и как они распределены по миру", - сказал он. "Оно также показывает нам, как жизнь поддерживает себя в мире, где доминирует человек".

Исследований, которые бы следили за тем, как разворачивается эволюция в дикой природе на больших временных масштабах, было очень мало. Именно поэтому, по мнению Страуда, у нас сложилось предвзятое представление об эволюции.

"Очень долгое время биологи-эволюционисты пытались понять, что стоит за идеей парадокса стазиса", - сказал Страуд. "Данное исследование показывает, что ответ может быть не очень сложным - нам просто нужно было провести исследование в естественных условиях в течение достаточно длительного времени, чтобы понять это".