Предсказуем ли результат эволюции?

Если «перемотать ленту жизни», приведёт ли эволюция к тому же результату? Этот знаменитый мысленный эксперимент предложил гарвардский эволюционный биолог Стивен Джей Гулд. Он предположил, что эволюция не повторится: роль случайных процессов в возникновении биоразнообразия слишком велика, а значит, эволюция непредсказуема. Эволюционные биологи из Констанца под руководством профессора Акселя Мейера описали параллельную эволюцию двух близкородственных, но географически изолированных популяций рыб-цихлид в никарагуанских кратерных озёрах. Этот повторяющийся результат эволюции лучше всего интерпретировать как свидетельство сходной адаптации к сходному дарвиновскому давлению естественного отбора — и он указывает на несколько детерминированные эволюционные траектории. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.

Существует очень мало обстоятельств, в которых можно исследовать повторяемость эволюции, поскольку пространственно независимые среды, заселённые одним и тем же видом, в природе крайне редки. «Молодые и полностью изолированные кратерные озёра вдоль Центральноамериканской вулканической дуги в Никарагуа предоставляют идеальные условия для изучения параллельной эволюции. В нескольких кратерных озёрах обитают популяции рыб-цихлид Midas, которые развивались независимо от популяции-предка в соседних больших озёрах Никарагуа. Эта обстановка похожа на естественный эксперимент», — объясняет Аксель Мейер.

В двух таких кратерных озёрах, Апойо и Ксилоа, менее чем за 10 000 лет независимо друг от друга возникли новые типы цихлид Midas. Эти новые виды демонстрируют идентичные морфологические адаптации, которых нет у популяции-предка: при переходе из мелкой, мутной воды в новую среду обитания — глубокую, прозрачную воду кратерных озёр. «В каждом из двух кратерных озёр возник новый вид цихлид Midas с удлинённым телом — фенотип, которого нет в озёрах-предках, откуда пришли колонизаторы кратерных озёр», — объясняет Мейер. Его исследовательская группа изучила морфологические, экологические, популяционно-генетические и филогенетические паттерны этих рыб. «Мы обнаружили, что эти цихлиды являются убедительным свидетельством параллельной эволюции, которая — что интересно — происходила разными путями. Наши выводы показывают, что параллельные фенотипы могут эволюционировать в сходных местообитаниях и под действием сходного давления отбора, однако не обязательно в параллельной эволюционной последовательности», — объясняет эволюционный биолог из Констанца. Это указывает на то, что параллельная адаптация к сходным средам может привести к одному и тому же результату под действием естественного отбора, но эта эволюция может идти разными эволюционно-генетическими путями. Это связано с тем, что эквивалентные эндемичные виды в этих двух кратерных озёрах возникли в разной последовательности в каждом из озёр. «Теперь мы ищем гены и мутации, которые являются причиной этого параллелизма», — говорит Аксель Мейер.

«Наше исследование показывает, что сложные параллельные фенотипы в сходных средах могут эволюционировать очень быстро, повторно и при этом разными эволюционными путями. Это микроэволюционный пример перемотки ленты Гулда, приводящий к эволюции двух очень сходных видов, хотя и непараллельными эволюционными путями», — подводит итог Аксель Мейер.