Биологи экспериментально запустили адаптивную радиацию
Адаптивная радиация — процесс, при котором организмы из одной линии развивают различные адаптации в ответ на конкурентов или хищников, — считается ключевым генератором биоразнообразия. Однако большинство исследований сосредоточено на уже диверсифицировавшихся группах.
Биологи из Университета Юты в новом исследовании пошли противоположным путем и экспериментально вызвали адаптивную радиацию. Они использовали специфичных к хозяину паразитов — пухоедов (Columbicola columbae), изолированных на отдельных «островах»-хозяевах — скалистых голубях (Colombia livia) разного окраса.
Ученые показали, что потомки единой популяции пухоедов быстро адаптировались в ответ на чистку оперения (preening) — основную защиту голубей. Оказалось, что чистка оперения движет быстрой и дивергентной маскировкой у пухоедов.
Ход эксперимента
За четыре года и около 60 поколений вши, пересаженные на черных и белых голубей, эволюционировали, унаследовав различия в окраске. Цветовой диапазон, достигнутый за этот короткий срок, охватил весь цветовой спектр рода пухоедов, найденных на 300 видах птиц по всему миру, который формировался миллионы лет.
«Изменения в цвете, которые мы увидели, такие же светлые, как у самого светлого вида, и такие же темные, как у самого темного вида во всем роде... Изменения и отбор, происходящие изо дня в день, — это те же закономерности, которые мы наблюдаем в течение миллионов лет», — сказала Сара Буш, ведущий автор статьи.
Это первое исследование, показывающее, что эволюционные изменения в пределах одного вида (микроэволюция) отражают изменения цвета среди разных видов, разошедшихся миллионы лет назад (макроэволюция).
Механизм и проверка гипотез
Чтобы доказать, что чистка оперения движет эволюцией криптической окраски, команда проверила три условия:
- Наличие движущего отбора. Эксперимент с окрашенными вшами показал, что вши «неправильного» цвета (черные на белых перьях и наоборот) на 40% чаще подвергались чистке, чем криптически окрашенные. У птиц с нарушенной способностью к чистке разницы в выживаемости не было.
- Генетическая изменчивость по признаку цвета. Поместив неокрашенных вшей на черных, белых и серых (контроль) голубей, ученые наблюдали за изменением их светлоты (luminosity) в течение четырех лет. Вши на белых голубях стали значительно светлее, а на черных — темнее по сравнению с контролем.
- Наследуемость признака. Эксперимент с «стрижкой» щетинок (setae) у родительских особей подтвердил, что светлота родителей высоко коррелировала со светлотой потомства, то есть признак является наследуемым.
Значение исследования
Хотя ученые ожидали, что чистка оперения вызовет дивергентную маскировку, скорость изменений удивила. Этот механизм, вероятно, применим и к другим патогенам, диверсифицирующимся в ответ на защитные системы хозяина, включая иммунный ответ человека.
«Крутость этого проекта в том, что то, что мы наблюдаем с точки зрения эволюционного ответа, не уникально для вшей, это применимо ко всему, что имеет ДНК», — отметила Сара Буш.
Биологи уже работают над следующим экспериментом, помещая пухоедов на голубей разных пород и размеров, чтобы проверить, отбирает ли чистка оперения вшей по размеру, что может стать шагом к видообразованию.
Исследование опубликовано онлайн 5 марта в журнале Evolution Letters.