Биологи воспроизвели эволюцию в лаборатории

 

Пухоеды в природе приспособлены к окраске птиц, на которых они паразитируют. В эксперименте насекомые продемонстрировали развитие этой адаптационной способности всего за 60 поколений.

Путь, на который эволюции понадобились миллионы лет, можно повторить за четыре года. Этот удивительный факт продемонстрирован в исследовании, опубликованном в журнале Evolution Letters группой во главе с Сарой Буш (Sarah Bush) из Университета Юты.

Учёные исследовали пухоедов, паразитирующих на голубях. Они поставили насекомых в условия, когда для выживания им было крайне важно выработать защитную окраску. Всего через четыре года (60 поколений) каждая популяция выработала тот цвет, который был необходим именно ей. Полная гамма покрыла всё разнообразие оттенков, которые встречаются у этого рода (притом что разные его виды разделились миллионы лет назад).

Речь идёт о пухоедах вида Columbicola columbae, паразитирующих на голубях. Насекомые питаются перьями птицы. Голубь же вычищает назойливых паразитов с помощью клюва.

Для начала учёные проверили, что птица действительно распознаёт "квартирантов" с помощью зрения. Это означало бы, что окраска является необходимым средством защиты. Для этого они взяли группу пухоедов и покрасили их: половину насекомых в чёрный цвет, а половину в белый. Получивших такой "боевой раскрас" паразитов затем поселили в перья птиц разного цвета: белых, серых и тёмных.

Как и ожидали исследователи, птицы эффективнее всего боролись с насекомыми, имеющими заметный цвет: белый на тёмном фоне или наоборот. Таких пухоедов уже через 48 часов стало на 40% меньше, чем имеющих защитную окраску.

Искусственно окрашенные насекомые чаще выживали при защитной окраске и погибали при демаскирующей.
Иллюстрация Bush et. al. 2019. Evo Letters.

Для надёжности биологи повторили этот эксперимент, надев птицам на клюв защитные колпаки, которые не давали им истреблять насекомых. В этом случае через те же 48 часов никакой зависимости численности паразитов от их окраски не наблюдалось.

Итак, голуби действительно эффективно убивают "броско одетых" пухоедов и часто пропускают "камуфлированных". Теория эволюции говорит, что это типичная ситуация, запускающая естественный отбор. Дело в том, что насекомые, окраска которых в результате случайных мутаций стала ближе к защитной, чаще выживают и оставляют потомство. Их гены распространяются по популяции, и через некоторое количество поколений все паразиты на данной птице приобретают "камуфляж".

Действительно ли пухоеды в этой ситуации меняют окраску от поколения к поколению? Чтобы проверить это, авторы взяли 96 голубей, не заражённых паразитами: 32 серых, 32 белых и 32 тёмных птицы. На каждую из них высадили по 25 "первопоселенцев", которых на этот раз не красили.

Половина голубей каждого цвета могла свободно чистить перья клювом. Другой половине для контроля надели на клюв приспособления, затруднявшие "ловлю блох". Каждые полгода в течение четырёх лет биологи отлавливали пухоедов, фотографировали и выпускали обратно.

Насекомые, живущие на серых голубях, не меняли цвета. Этого и следовало ожидать, ведь естественная окраска этого вида и без того близка к серой. А вот "квартиранты" белых птиц заметно светлели от поколения к поколению, а паразиты тёмных пернатых – наоборот.

Оставалось ещё проверить, что эти изменения цвета наследуются от предка к потомку. Чтобы убедиться в этом, экспериментаторы пошли по стопам тульского левши. Правда, подковывать пухоедов они не стали, а только сделали им стрижку. Биологи состригли у насекомых часть щетинок и подождали, пока они станут родителями. Это позволило экспериментаторам отличать старшее поколение от младшего, причёской которого никто не озаботился. Как и следовало ожидать, изменения в цвете передавались по наследству, то есть были вызваны изменениями в генах.

Пухоеды, хорошо заметные на перьях, чаще истребляются голубями.
Фото Sydney Stringham.

Учёные удивляются, насколько далеко зашло различие в цветах всего за 60 поколений.

"Мы видели изменения цвета, до такого же светлого, как у самых светлых видов, и такого же тёмного, как у самых тёмных видов во всём роде, но этот род развивался в течение миллионов лет", – рассказывает Буш.

Поясним, что род пухоедов Columbicola паразитирует на 300 видах птиц во всём мире.

Как полагают эксперты, столь быстрый результат связан с небольшим размером популяций. Дарвин в своё время обратил внимание на различия в строении клюва у вьюрков с разных островов. Теперь мы знаем, почему так происходит: птицы с одного острова скрещиваются только между собой, и любые мутации быстро распространяются по их небольшой "колонии". Пухоеды на голубе похожи на вьюрков на острове: они изолированы от всех остальных сородичей и вынуждены искать семейного счастья только друг с другом.

Авторы называют свой эксперимент первым, в котором средствами микроэволюции (эволюционных изменений внутри вида) удалось воссоздать результат макроэволюции (развития новых видов).

Правда, различающиеся окраской группы пухоедов ещё нельзя назвать новыми видами. Для этого у них слишком мало генетических различий.

Теперь учёные планируют поставить новый эксперимент и запустить селекцию по размеру насекомого. Если различие в габаритах зайдёт достаточно далеко, то "великаны" не смогут спариваться с "коротышками", что уже станет началом настоящего видообразования.