Исследование естественного отбора в действии

Экстремально холодная зима 2013–14 годов, связанная с "полярным вихрем", не только побила рекорды в США, но и создала условия для редкого наблюдения биологами естественного отбора в действии.

В 2013 году аспирант Гарварда Шейн Кэмпбелл-Стейтон изучал генетику холодоустойчивости на ящерицах зелёный анолис для своей докторской диссертации. Этот вид — один из самых выносливых среди примерно 400 видов анолисов, обитающих в основном в тёплых регионах Карибского бассейна, Центральной и Южной Америки.

К концу года Кэмпбелл-Стейтон почти завершил исследование. Он провёл последнюю запланированную экспедицию, собрав зелёных анолисов в пяти локациях на протяжении 750 миль от Браунсвилла (Техас) до Ходжена (Оклахома), что охватывает большую часть видовой вариативности по холодоустойчивости. Оставалось лишь добавить свежие данные в диссертацию.

Однако в начале 2014 года ослабление полярного вихря привело к выносу арктического холода на юг. Увидев в новостях мёртвого анолиса на снегу, учёный задумался о последствиях такого холода для популяций. Теоретически, гибель менее холодоустойчивых особей в конкретной локации сдвигает популяцию в сторону большей устойчивости к холоду, вызывая эволюционный сдвиг.

Кэмпбелл-Стейтон осознал, что его более ранние сборы дают идеальную базовую линию. Он мог повторно посетить те же места, собрать новых ящериц и сравнить группы. В экспедициях в апреле и июле 2014 года он обнаружил сильный сдвиг в холодоустойчивости в двух самых южных популяциях.

Результаты, опубликованные в журнале Science, показали изменения на нескольких уровнях:

• На уровне организма: выжившие в двух южных популяциях показали сильные сдвиги в холодоустойчивости.
• На уровне экспрессии генов: с помощью геномных методов было задокументировано, что у южных ящериц-выживших профили экспрессии генов стали больше напоминать профили животных, естественно обитающих севернее.

"Мы показали, что в этих двух южных популяциях мы видим эти сильные сдвиги в холодоустойчивости, основанные на температурном профиле той зимы", — сказал Кэмпбелл-Стейтон.

Исследование уникально, так как зафиксировало естественный отбор, вызванный непредсказуемым экстремальным погодным событием, на нескольких уровнях биологической иерархии: от целостных признаков организма до экспрессии генов и генетической вариативности.