Местных растений и животных сыграли решающую роль в создании теории естественного отбора. Путешествие на Галапагосские острова входит в список жизненных задач каждого , и причин этому множество. Давайте познакомимся с некоторыми экстраординарными животными, которых можно увидеть на Галапагосе.
Слоновая черепаха
Эти настолько культовые, что весь архипелаг был назван в их честь (на испанском «galapago» означает «черепаха»). Это крупнейший вид черепах в мире и среди долгоживущих позвоночных, и продолжительность их жизни может превышать 170 лет.
Учитывая отсутствие крупных хищников, взрослые черепахи демонстрируют кроткое поведение, что, к несчастью, подвергло их опасности со стороны первых поселенцев. По оценочным данным, лишь 200 лет назад на островах обитала популяция из более 250 тысяч особей, а на сегодняшний день этих черепах осталось лишь около 15 тысяч.
Приятно то, что активные принесли пользу многим подвидам, и островные популяции черепах находятся, в основном, на пути к возрождению и восстановлению численности.
Морская игуана
Этот невероятный вид игуаны – единственная оставшаяся морская ящерица на Земле. Скорее всего, этот вид развил морской образ жизни из-за недостатка питательной зелени на суше, сделав выбор в пользу . Эта игуана обладает специальными носовыми железами, которые позволяют избежать потребления слишком большого объема соли, отфильтровывая и извергая ее через ноздри.
Нелетающий баклан
Нелетающий баклан – кандидат на звание самого необычного эндемичного животного Галапагосов, ведь это единственный вид бакланов в мире, утративший способность летать. В результате он достигает довольно больших размеров, являясь крупнейшим видом бакланов на Земле.
Из-за отсутствия способности летать эти птицы являются легкой добычей для занесенных хищников , таких как собаки, коты, крысы и кабаны. Сегодня существует лишь около 1600 особей этого вида.
Галапагосский вьюрок
Эти удивительные вьюрки сыграли важнейшую роль в формировании дарвиновской теории естественного отбора, благодаря чему заслужили место среди самых известных созданий этих островов. Существует около 13 разных видов, но все они эволюционировали от единственного предка. Каждый из видов легко отличить благодаря различным размерам и форме клюва.
Эволюция вьюрков на Галапагосе представляет собой отличный пример , в которой организмы быстро диверсифицируются.
Галапагосский пингвин
Эти пингвины одни из самых маленьких в мире; кроме того, это единственный вид, обитающий к северу от экватора. И его можно встретить только на Галапагосских островах. Как и многие другие , этот вид создает .
Галапагосский морской котик
На Галапагосских островах есть немного эндемичных видов млекопитающих, но этот морской котик исключение. Кроме того, эти создания больше всего любят сушу из всех видов котиков мира, проводя около 70 процентов жизненного времени вне воды. Их хрипловатый очаровательный лай знаком каждому, кто когда-либо посещал острова.
Голубоногая олуша
Забавное название отлично подходит для необычного внешнего вида этого создания. Голубоногих олуш легко различить благодаря цвету лап. Брачный ритуал этих птиц – тоже довольно смешное мероприятие, когда самцы высоко поднимают лапы, важно выступая перед самками.
Интересно то, что степень голубизны лап является показателем здоровья птиц, так как цветной пигмент – это результат диеты из свежей рыбы.
Голубоногих олуш можно встретить не только на Галапагосских островах, но около половины мировой популяции обитает именно там.
Галапагосский канюк
Галапагосского канюка пропустить сложно, так как это единственная дневная хищная птица на островах. Хотя канюки охотятся, в основном, на маленьких животных, таких как саранча, многоножки и ящерицы, эти птицы представляют собой высших хищников, и известно, что они могут налетать на игуан и кладки яиц слоновых черепах.
Кроме того, эти хищники нападают на занесенные виды, такие как козы и куры. Из-за этого на них активно охотились фермеры, и в итоге вид попал под угрозу исчезновения. Считается, что в мире осталось лишь около 200 племенных пар.
Килехвостая игуана
Одно из наиболее распространенных животных на Галапагосах – это островные маленькие ящерицы, которых часто называются килехвостыми игуанами. Существует не менее семи распознанных видов, и у каждого из них есть свои уникальные черты. Как и в случае с галапагосскими вьюрками, это разнообразие видов является отличным примером эволюционной радиации.
Великолепный фрегат
Вряд ли есть более легкоузнаваемые птицы, чем великолепные фрегаты. Они могут похвастаться гигантским красным горловым мешком, который, будучи полностью надутым, обеспечивает птице неповторимый и яркий внешний вид. Очень забавно наблюдать, как он надувается. Конечно, чем ярче мешок, тем привлекательнее он выглядит для самок.
Хотя великолепные фрегаты – это перелетные птицы, которых можно увидеть по всей территории Атлантического океана и в Южной Америке, колонии, населяющие Галапагос, считаются генетически отдельными, ведь они не скрещивались с континентальными сородичами в течение нескольких сотен тысяч лет.
Саранча Schistocerca melanocera
Эта цветастая саранча характерна только для Галапакосских островов. Как правило, насекомые вырастают около 8 сантиметров в длину. Этот вид представляет собой важнейшее звено в пищевой цепи архипелага, так как он служит основным источником питания для килехвостых игуан и галапагосских канюков.
Волнистый альбатрос
Волнистый альбатрос – крупнейшая птица, которую можно встретить на островах. Это единственный вид альбатросов, обитающий исключительно в тропиках. И хотя птица способна парить на большие расстояния, размножается она только на Галапагосских островах.
Волнистые альбатросы создают пары на всю жизнь и демонстрируют один из самых прекрасных в природе. Партнеры быстро щелкают клювами, соприкасаясь ими, что похоже на неуклюжие . В промежутках между поцелуями они поднимают голову и издают ухающие звуки.
Галапагосский пересмешник
Галапагосские вьюрки во многом посодействовали созданию дарвиновской теории естественного отбора, а вот галапагосский пересмешник, очевидно, является первым примером эволюционной радиации, с которым столкнулся Дарвин на островах. Именно на примере этой птицы Дарвин обнаружил отчетливые адаптивные отличия от острова к острову.
Хотя они могут летать, известно, что эти птицы преследуют добычу бегом, что делает ее порой похожей на кукушку-подорожник.
Красный рифовый краб (Grapsus grapsus)
>
В положении Дарвина, послужившем эпиграфом к этой главе, высказывается мысль, что у животных существует полный ряд переходов между простыми вариететами и хорошими видами, позже было установлено, что это положение, по крайней мере отношении птиц, несколько дезориентирует.
Существует только один тип вариететов, если их можно так назвать, которые незаметно переходят в полноценные виды, а именно - географические расы. У птиц не существует вариететов иного типа, который можно было бы обоснованно назвать подвидом; фактически термины «подвид» и «географическая раса» превратились в синонимы. Это сильно склоняет в пользу предположения, что у птиц единственный закономерный способ видообразования осуществляется путем диференцирования рас в условиях географической изоляции. Однако иногда высказывалось мнение, что в возникновении разнообразия видов, наблюдающегося у дарвиновых вьюрков, должны были участвовать какие-то совершенно особые способы эволюции. Даже Ренш (1933), первым указавший, что образование видов из географических рас - широко распространенный принцип, был весьма озадачен дарвиновыми вьюрками и полагал, что в данном случае происходил, наверное, несколько иной процесс.
Частота примеров, когда близкородственные виды птиц занимают различные местообитания, указывает на то, что другой способ видообразования заключается в экологической (вместо географической) изоляции. Птица вообще склонна размножаться в местообитании такого же типа, как то, где она вывелась; поэтому следует ожидать, что если данный вид размножается в нескольких различных местообитаниях, он будет иметь тенденцию к подразделению на ряд популяций, из которых каждая будет обладать различными биотопическими предпочтениями, и что со временем это может завершиться образованием новых видов. Это правдоподобная точка зрения, выдвинутая многими авторами и разделявшаяся прежде мною (1933). Но она вызывает два непреодолимых возражения. Во-первых, изоляция, создаваемая биотопическими различиями, бывает обычно далеко не полной, и виды птиц, занимающие отдельные местообитания, располагают обычно многочисленными пограничными зонами, где они соприкасаются с другими видами. Для возникновения хорошо диференцированных форм полная изоляция кажется очень существенной. Во-вторых, среди птиц неизвестны случаи диференциации зарождающихся видов в примыкающих друг к другу местообитаниях. Все подвиды изолированы один от другого географически, и, хотя иногда они отличаются и по местообитаниям, географическая изоляция представляет собой наиболее существенный фактор. Эти вопросы подробно рассмотрены Майром (1942). Наконец, часто встречающиеся биотопические различия между близко — родственными видами птиц имеют совершенно другое объяснение.
Другая возможность была высказана Лоу (1930, 1936), полагавшим, что дарвиновы вьюрки представляют различные продукты скрещивания между небольшим числом первоначальных форм, как это произошло в некоторых «скоплениях видов у растений. Причины, заставляющие отбросить это мнение, разбирались. Нет никаких данных, что гибридизация имеет значение в процессе видообразования в какой-либо группе птиц.
Штреземанн (1936) - единственный из моих предшественников, предполагавший, что у дарвиновых вьюрков видообразование следовало по тому же пути, что и у других птиц, т. е. что формы, диференцировавшиеся в географической изоляции, позже встретились и сохранили свою обособленность. Я полностью согласен с этим заключением. Существует только один пример, явно подтверждающий подобное мнение: попугайные древесные вьюрки, Camarhynchus psittacula и С. pauper, на Чарлзе. Но такие случаи редко бывают выражены ясно, поскольку, как только какая-либо форма твердо обосновывается в ареале другой, она склонна начать быстро распространяться по этому ареалу, так что место и способ ее возникновения вскоре затемняются. Единственный тип зарождающейся диференциации, обнаруженный у дарвиновых вьюрков, - это тот, который наблюдается у географических рас, и нет никаких данных, заставляющих сомневаться, что географическая изоляция представляет собой существеннейшую предпосылку для процесса видообразования в этой группе. Существование необычайно большого числа сходных видов можно отнести, во-первых, за счет большой продолжительности пребывания вьюрков на Галапагосских островах, во-вторых, за счет бедности фауны других наземных птиц и, в-третьих, за счет необычайно благоприятных условий, предоставляемых группой океанических островов как для диференциации во временной географической изоляции, так и для последующей встречи форм после диференциации.
Первостепенное значение географического фактора хорошо подтверждается положением, существующим на Кокосовом острове. Здесь встречается один единственный вид дарвиновых вьюрков Pinaroloxias inornata. В пользу того, что он находится на Кокосовом острове с давних времен, говорит то обстоятельство, что он сильно отличается от всех прочих видов дарвиновых вьюрков, И все же, несмотря на продолжительность его Пребывания на этом острове, на нем до сих пор существует только один вид дарвиновых вьюрков. Но Кокосовый - одинокий Растров, это не архипелаг, и, таким образом, он не предоставляет возможностей для диференциации форм в условиях географической изоляции, в разных частях их ареала: в одной части биотопически, а в других - географически.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Всего за две недели до своей смерти Чарльз Дарвин написал короткую статью о крошечном моллюске, найденном в лапах водяного жука в одном из прудов Центральной Англии. Это была его последняя публикация. Человеком, приславшим ему жука, был молодой сапожник и натуралист-любитель по имени Уолтер Дроубридж Крик. Сапожник в итоге женился, у него родился сын по имени Гарри, у которого в свою очередь также родился сын по имени Френсис. В 1953 году Френсис Крик, совместно с молодым американцем по имени Джеймс Уотсон, совершит открытие, которое победоносно подтвердит многие выводы Дарвина об эволюции.
Подтверждение придет не со стороны ископаемых окаменелостей и не со стороны ныне живущих существ или в результате препарации их органов. Оно придет от рукописи. Крик и Уотсон обнаружили, что каждый организм несет химический код собственного создания внутри своих клеток, рукопись, написанная на языке, общем для всей жизни. — Все органические существа, когда-либо жившие на этой планете, происходят от одной первоначальной формы,- писал Дарвин. Он так искренне полагал. Молодые же Дарвины не стали гадать. Чтобы понять историю эволюции, ее суть и механизм, они приняли во внимание генетическую рукопись.
В качестве примера рассматривались знаменитые галапагосские вьюрки. Дарвин в свое время обратил внимание на разнообразие их клювов — некоторые широкие и глубокие, другие продолговатые, третьи маленькие и короткие. Он предположил, что, несмотря на все различия, все вьюрки являются очень близкими родственниками. — Наблюдая эту похожесть и различие в строении в пределах одной небольшой, связанной тесными узами родства группы птиц,- писал он в «Путешествии Бигля»,- можно действительно представить себе, что вследствие первоначальной малочисленности птиц на этом архипелаге был взят один вид и видоизменен в различных целях. Это была также вдохновенная догадка. Но, анализируя близкое сходство их генетических кодов, ученые сегодня смогли подтвердить, что галапагосские вьюрки действительно произошли от одного вида. ДНК не только подтверждает действительность эволюции, она также показывает, как видоизменяются живые существа. Недавно Архат Абжанов из Гарвардского университета и Клифф Табин из Медицинской школы Гарварда в ходе исследований подтвердили влияние генов на форму клюва. Благодаря генам вырабатывается особый протеин. Абжанов и Табин обнаружили, что когда активен (ученые используют слово «выражен») ген для протеина BMP4 в растущей челюсти эмбриона вьюрка, это делает клюв глубже и шире. Этот ген наиболее сильно выражен у большого земляного вьюрка (Geospiza magnirostris), который использует свой сильный клюв, чтобы раскрывать большие семена и орехи. У других вьюрков активен ген, отвечающий за протеин кальмодулин, который делает клюв длиннее и тоньше. Этот ген особенно выражен у большого кактусового земляного вьюрка (G. Conirostris), который использует свой вытянутый клюв для добывания семян из плодов кактуса. На другой группе островов, у берегов залива Флориды, пляжные мыши имеют окраску более бледную, нежели у их родственников с континента. Это делает их менее заметными на бледном песке, так как охотятся на них и совы, и ястребы, и цапли. Хопи Хокстра, также из Гарварда, и ее коллеги связали разницу в цвете с изменением всего одной буквы в одном гене, который блокирует выработку пигмента в мехе мышей. Эта перемена произошла, когда сформировались острова, менее 6000 лет назад. Величайшая идея Дарвина состоит в том, что естественный отбор в значительной степени отвечает за многообразие особенностей внутри одного вида. Сегодня, в клювах вьюрков и мехе мышей, мы действительно видим естественный отбор в работе, формирование и видоизменение ДНК, генов и их выражение в адаптации организма к специфическим условиям. Дарвин, предполагавший, что эволюция идет очень медленно и заметна лишь в ископаемых останках, должно быть, был бы сильно удивлен и восхищен другим открытием. В тех же самых галапагосских вьюрках современные Дарвины смогли рассмотреть эволюцию, происходящую в настоящее время. В 1973 году Питер и Розмари Грант из Принстонского университета начали ежегодные наблюдения за популяцией вьюрков на крошечном островке галапагосского архипелага Дафни Мейджор. Вскоре они обнаружили, что птицы, по сути, развиваются из года в год, по мере того как условия на острове колеблются от влажных к сухим и обратно. К примеру, на Дафни Мейджор изначально существовали лишь два регулярно гнездящихся вида вьюрков, одним из которых являлся средний земляной (G. fortis), питавшийся мелкими семенами. Во время суровой засухи 1977 года запасы мелких семян истощились, и птицы вынуждены были перейти на более крупные и твердые семена. Для такой пищи клювы должны быть крупнее, и выжившие птицы передали эту особенность своим потомкам. Другое изменение имело место с появлением в 1982 году конкурента — большого земляного вьюрка, который тоже питается большими жесткими семенами. Много лет два вида мирно сосуществовали и к 2002 году водились на острове в изобилии. Но снова жестокая засуха, и к 2005 году лишь 13 больших и 83 средних земляных вьюрка осталось в живых. Удивительно, вместо подстраивания под засуху переходом на крупные семена, как это было 28 лет до того,
у выживших средних вьюрков было отмечено уменьшение размеров клюва. В соревновании со своими более крупными родственниками они перешли на очень мелкие семена и, таким образом, заняли свою нишу в выживании. Вьюрок с маленьким клювом не является новым видом, но Питер Грант считает, что для его появления достаточно нескольких подобных эпизодов, причем представители этого нового вида уже не будут выбирать для воспроизводства особи родительского типа.
Изменения, наблюдаемые среди вьюрков Галапагоса — классический пример «адаптивной радиации», каждый вид развивается от общего предка, чтобы питаться особым видом пищи. Другую известную эволюционную радиацию можно показать на примере другого типа островов – островов воды. Озера и реки Восточно–Африканской зоны разломов населяет около 2000 видов цихловых рыб, что эволюционировали от нескольких предков, некоторые из них уже в текущий геологический период. К примеру, озеро Виктория, наибольшее из этих озер, было сушей еще 15000 лет назад. 500 различных видов цихлид, обитающих в нем, произошли с того времени от небольшого начального количества видов. Подобно вьюркам, эти рыбы адаптировались к пище в различных ареалах обитания, таких как каменистые или песчаные ложа озер. Некоторые из них питаются водорослями и имеют плотно посаженные зубы, пригодные для соскабливания и срывания растений, в то время как другие потребляют в пищу моллюсков и имеют крепкие, мощные челюсти, способные раскалывать их раковины. Но какой же ген отвечает за размеры челюстей этих рыб?
Ген протеина ВМР4 — тот же ген, что делает клюв галапагосского вьюрка глубже и шире. Какое доказательство правоты Дарвина в его идее об общности всех видов может быть лучше, нежели то, что один ген выполняет одну работу в птицах и рыбах на разных континентах?
В своем «Происхождении видов» Дарвин тактично оставил невысказанной мысль о том, как его теория распространяется на человечество. Десятилетие спустя, он поднял этот вопрос в своем труде «Происхождение человека». Дарвин определенно счастлив был бы узнать сегодня, что определенный ген, названный FOXP2, отвечает за нормальное развитие речевой деятельности у людей и птиц одновременно. В 2001 году Саймон Фишер с коллегами из Оксфордского университета установил, что мутация этого гена является причиной речевых дефектов у людей. Позднее он продемонстрировал это на мышах, которым этот ген необходим для обучающих последовательностей быстрого движения; без него мозг не формирует связей для нормального усвоения обучения. У людей, по-видимому, FOXP2 является ключевым в обучении сложным движениям губ и языка, которыми мы выражаем наши мысли.
Констанция Шарфф из Берлинского университета установила, что этот же ген наиболее активен в мозгу зебрового вьюрка, когда птичка учится пению. Ее группа инфицировала мозг вьюрков особым вирусом, несущим зеркальную копию части гена FOXP2, которая заглушает его естественное выражение. В результате, птички не только пели непостоянно, но и неточно имитировали пение взрослых особей — очень похоже на то, как дети с измененным FOXP2 неточно воспроизводят речь.
Если естественный отбор есть выживание наиболее приспособленных (фраза эта, кстати, принадлежит физиологу Герберту Спенсеру, а не Дарвину), то половой отбор это воспроизводство наиболее сексуальных. Это тезис находит отражение в восхитительных эффектах, выраженных в вооружении, украшениях, пении и раскрасках животных, особенно мужских особей. Дарвин верил, что некоторые из этих украшений, такие как рога оленей, помогали самцам побеждать друг друга в борьбе за самок; другие, например хвосты павлинов, помогали «очаровать» (как он выразился) самок при спаривании.
По правде говоря, эта идея появилась от отчаяния, бесполезность красоты беспокоила его. Она казалась очевидным исключением из практически работающей теории естественного отбора. Он писал американскому ботанику Эйса Грею в апреле 1860 года:
— Вид перьев в хвосте павлина, всякий раз, когда я смотрю на них, сводит меня с ума!
Результаты полногеномного секвенирования 120 вьюрков, населяющих Галапагосские острова, позволили выяснить, за счет чего форма клюва этих птиц адаптировалась к разным видам пищи.
У всех ученых-биологов есть любимые модельные системы: к примеру, молекулярные биологи исследуют активность генов с помощью люциферазы светлячка, потому что по ее свечению сразу видно, в каких клетках работает интересующий ученых генетический элемент. Нейробиологи изучают свойства крупных нервных клеток моллюсков, потому что с ними удобно работать, а генетики исследуют наследственность на мушках-дрозофилах, у которых удобно контролировать скрещивание и быстро сменяются поколения. Биологи, которые исследуют эволюцию, тоже обладают любимыми модельными системами, хотя их «рабочие установки» несколько более масштабны. Самая известная «лаборатория» исследователей эволюции - Галапагосские острова , населяемые несколькими видами вьюрков . Эти птицы очень похожи между собой во всем, кроме формы клюва. Еще Дарвин предположил, что эти виды произошли от одного предка, который когда-то заселил острова, а затем виды разделились, поскольку птицы приспосабливались к разным видам пищи - к семенам, насекомым или нектару (рис. 1). Дарвина поразило, что эти птицы, так похожие на обитателей американского континента, все же представляют собой отдельные виды, специфические именно для Галапагосских островов, и к тому же, по-видимому, адаптировавшиеся к разным нишам в новой среде обитания. Эти наблюдения развили в нем интерес к идее об изменении видов. Надо сказать, что Дарвину повезло с возможность попасть на острова, поскольку, как мы сейчас знаем, специализация в таких изолированных сообществах происходит быстрее, и Дарвину посчастливилось увидеть действительно выразительный пример, когда птицы разных видов были явно похожи, но их клювы «заточились» под определенный вид пищи.
Рисунок 1. Форма клюва Галапагосских вьюрков приспособлена к питанию определенной пищей.
С XIX века возможности исследователей эволюции существенно расширились - теперь они не ограниченны анализом внешних признаков. К изучению классической системы Галапагосских островов теперь можно подойти со всем арсеналом новых методов. В частности, можно определить генотипы большого количества вьюрков, и посмотреть, что отличает их на уровне ДНК. Сравнивая количество отличий в ДНК у представителей разных видов птиц, можно построить схему расхождения их видов и выяснить, соответсвует ли она нашим представлениям об приспособлении птиц к разным экологическим нишам островов.
Ранее такие деревья расхождения видов вьюрков уже строились, но тогда ученые ограничивались лишь скромным сравнением их митохондриальной ДНК или отдельных ядерных маркеров. Митохондриальная ДНК, во-первых, представляет собой лишь незначительную часть всей ДНК клетки, а во-вторых, не содержит в себе информации об изменениях, которые непосредственно повлияли на форму клюва. ДНК митохондрий содержит лишь часть информации о белках этих клеточных органелл, а все гены, которые отвечают за внешние признаки организма, находятся в ядре клетки. Если ДНК митохондрий пары видов на данный момент отличается сильнее, чем ДНК митохондрий другой пары видов, можно думать, что первая пара видов произошла от общего предка раньше, чем вторая, поскольку различия в ДНК видов, которые перестали скрещиваться, со временем накапливаются. Однако, конечно, хочется знать и конкретные гены, которые привели к разделению видов, а не просто случайные мутации, которые накопились в ДНК со временем. Поэтому на этот раз ученые проанализировали полные последовательности ДНК 120 птиц, представляющих все виды вьюрков Галапагосских островов . Они нашли все различия в ДНК, характерные для разных видов птиц, и среди отличающихся фрагментов нашли гены, которые могут влиять и на форму клюва. Так наконец мы подошли к самому механизму, который позволил потомкам одного вида птиц приспособиться к разным экологическим нишам островов и создать настоящее разнообразие.
В целом получившаяся таксономия оказалась сходной с ранее построенными, хотя по данным полных геномов оказалось, что один из видов, выделявшихся ранее, на самом деле нужно разделить на три (рис. 2). Полученные данные позволили восстановить некоторые подробности эволюционной истории вьюрков Галапагосских островов. По данным полных геномов птиц, первое разделение видов произошло 900 тыс. лет назад. Разделение на земляные и древесные виды началось 100–300 тыс. лет назад и было довольно быстрым. Между некоторыми видами обнаружился поток генов, то есть, скрещивания могли иногда происходить и после разделения видов. После разделения по средам обитания (земляные и древесные виды) поток генов между видами одной среды обитания был ожидаемым образом сильнее, чем между видами разных сред обитания.
Рисунок 2. Таксономия Галапагосских вьюрков на основании данных о полных последовательностях геномов.
Но самым интересным было найти конкретные гены, которые сделали птиц на островах более разнообразными. Для этого ученые сгруппировали полученные последовательности ДНК по формам клюва их носителей и нашли, какие области ДНК характерны для обладателей клювов разной формы. Всего было найдено 15 областей генома, последовательности которых были более сходными у птиц с одинаковой формой клюва, и различались сильнее у птиц с разными клювами. Из них 6 регионов содержало гены, имеющие отношение к развитию лицевого отдела черепа и/или клюва у млекопитающих или птиц. Все эти гены потенциально могли быть ответственными за адаптацию формы клюва птиц к типу употребляемой пищи. Сильнее всего соответствовал форме клюва достаточно протяженный регион ДНК птиц, содержавший, в том числе, ген транскрипционного фактора ALX1 . Этот белок играет ключевую роль в миграции нервных клеток нервного гребня в ходе развития головы зародыша птицы. Ген ALX1 - отличный кандидат на главную роль в изменении формы клюва вьюрков. Но с формой клюва у птиц была связана не только последовательность этого гена, но и последовательности участков ДНК в протяженной области вокруг него (целых 240 тысяч нуклеотидов). Такую последовательность расположенных рядом и, как правило, наследуемых вместе элементов хромосомы называют гаплотипом . Особи с определенной формой клюва, как правило, обладали двумя копиями определенного гаплотипа этого участка. Гаплотипы, соответствовавшие тупой и заостренной форме клюва, возникли вскоре после первого разделения вьюрков на виды, и с тех пор накопили целых 335 различий. Некоторые из них изменяют места связывания транскрипционных факторов, некоторые изменяют аминокислотную последовательность белка ALX1, а некоторые, по-видимому, никак не проявляют себя. Интересно, что варианты гаплотипа могли варьировать и в пределах одного вида - так, у Geospiza fortis , у представителей которого форма клюва может отличаться, нуклеотидные замены в гене ALX1 были многочисленными и также ассоциировались с формой клюва.
Интересно, что вьюрки менялись в последний миллион лет и продолжают меняться и буквально на наших глазах. В 1986 году на островах была засуха, которая повлияла на количества и виды доступной пищи. В результате заостренные клювы стали более «выгодными» и более распространенными, в том числе, благодаря межвидовой гибридизации птиц. Оказалось, что близкие по генетических признакам виды вьюрков могут скрещиваться между собой, а получившиеся гибриды могут давать плодовитое потомство от представителей любого из родительских видов. Исследователи изучили генотипы вида Geospiza fortis с большим разнообразием клювов и генотипы гибридов этого вида с другими видами (Geospiza scandens и Geospiza andfuliginosa ), обладающими заостренными клювами. У гибридов G. fortis с G. scandens и G. andfuliginosa доля гаплотипов ALX1 , соответствовавших заостренному клюву, была выше. Это подтверждает, что найденный биоинформатическими методами участок генома действительно имеет отношение к определению формы клюва у разных видов птиц. По-видимому, «заимствование» более выгодного гаплотипа у других видов сыграло значительную роль в распространении заостренных клювов, которое помогало птицам приспособиться к меняющимся условиям жизни в последние десятилетия. В общем, эволюция продолжается.
Непереводимая игра слов.
Литература
- Как прочитать эволюцию по генам? ;
- Lamichhaney S., Berglund J., Almén M.S., Maqbool K., Grabherr M., Martinez-Barrio A., Andersson L. (2015). Evolution of Darwin’s finches and their beaks revealed by genome sequencing . Nature doi: 10.1038/nature14181..
Галапагосский вьюрок, фото А.Р. Алякринского. Кликните для просмотра других фото.
Эволюция делает ноги
Из-за хищников ящерицам пришлось научиться
отращивать лапы
Около полутора столетий тому назад основатель эволюционной теории Чарлз Дарвин изучал на Галапагосских островах местных вьюрков. На островах водилась добрая дюжина различных видов этих птиц, отличавшихся друг от друга в основном формой и размерами клювов. Клювы вьюрков одного вида идеально подходили для сбора семян, другой вид был идеально приспособлен для охоты на насекомых. При этом все эти птицы на островах были в целом достаточно схожи. Дарвин тогда предположил, что на Галапагосы некогда прилетели птицы лишь одного вида вьюрков, но потом, расселившись на различных островах, они приспосабливались к местным условиям. Преимущество в борьбе за выживание получали те, чьи клювы больше подходили для местной пищи: одним вьюркам досталась ниша охотников за мелкими насекомыми, другие получили изобилие семян. В результате постепенно образовалось несколько различных видов, специализировавшихся на каком-либо типе пищи.
После того как маленькие вьюрки благодаря великому англичанину вошли в историю биологической науки, острова стали считаться идеальными лабораториями для наблюдения за результатами эволюционных процессов, своеобразными естественными вольерами, где в изоляции могут образовываться отдельные виды животных и растений (пример биологического наблюдения за изолированными островными популяциями. По пути Дарвина пошел и американец Джонатан Лосос из Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Только вместо Галапагосов он выбрал более близкие Багамы, а вместо вьюрков -- ящериц вида Anolis sagrei .
Лососа уже интересовала не эволюция как таковая, а ее скорость -- насколько быстро эти пресмыкающиеся могут приспособиться к новым условиям проживания. На одном из мелких островков к анолисам он подселил более крупную и хищную игуану Leiocephalus carinatus . Мелким ящеркам пришлось, естественно, выбирать: либо вымереть, став жертвами опасного гостя, либо выжить. Но для этого надо было научиться убегать и прятаться от игуаны.
Ученый знал, что анолисы, чувствующие себя в безопасности, обычно передвигаются по земле. Но если нужно опасаться наземных врагов, эти ящерицы вполне способны переселиться на деревья и кусты. Однако появление нового хищника потребовало от анолисов решить сразу две взаимоисключающие задачи. Во-первых, от игуаны надо быстро убегать, для чего желательно иметь ноги подлиннее. Но, во-вторых, чтобы окончательно обезопасить себя от врагов, придется жить на деревьях или кустах, а тут уже длинные лапы только мешают, и ноги лучше иметь цепкие, но короткие.
Джонатан Лосос выяснил, что анолисы умудрились решить обе эти задачи, но по очереди. Сначала выжила (то есть удрала от хищников) та половина популяции, которой повезло иметь от рождения более длинные лапки. Коротконогие неудачники за полгода стали пищей игуан. А потом удравшие на деревья ящерки дали следующее поколение, и еще через полгода, к удивлению ученого, большая часть анолисов на островке-лаборатории оказались коротконогими, приспособившимися к лазанию по веткам.
Лососа поразила скорость, с которой проходила эта мелкая эволюция у ящериц. По его наблюдениям, практически за одно поколение анолисы умудрились дважды сменить внешний вид и тем самым обеспечить выживание популяции. Впрочем, понятно, что кардинальных изменений здесь не произошло, и новый вид пресмыкающихся вряд ли успел образоваться. Можно предположить, например, что у анолисов длина ног в принципе сильно варьирующийся признак, и в каждом поколении рождаются как длинноногие ящерицы, так и коротконогие. И в зависимости от текущей обстановки в окружающей среде легче выжить то одним, то другим. Однако трудно было ожидать, что подопытные животные продемонстрируют способность менять внешний вид среднестатистического представителя вида с такой скоростью (по меркам не слишком быстрых, как принято считать, темпов исторической эволюции, на Багамах все произошло практически мгновенно).
Впрочем, раньше уже появлялись сообщения о том, что эволюционные процессы могут демонстрировать заметные результаты не только по прошествии тысяч лет, но и за десяток-другой поколений. Кстати, эти исследования проводились буквально на дарвиновском материале. Питер и Розмари Грант из Принстонского университета в течение долгого времени изучали тех же самых галапагосских вьюрков, поставленных в условия жесткой конкуренции. На одном из островов этого архипелага обитал средний земляной вьюрок (Geospiza fortis ), питавшийся семенами и не имевший соперников в борьбе за эту нехитрую пищу. Однако жизнь этого вида резко усложнилась, когда на островок прибыл еще один вид -- толстоклювый земляной вьюрок (Geospiza magnirostis ), более крупный и потому способный вытеснить аборигенов.
Более мелким птицам пришлось искать выход и переориентироваться на те семена, которые не интересовали больших пришельцев. Как и завещал великий Дарвин, вид начал постепенно меняться: как утверждается в опубликованной в июле этого года статье принстонских ученых, за 22 года наблюдений, внешний вид клюва у средних земляных вьюрков значительно изменился, приспособившись к собиранию нового вида пищи. Опять же стоит отметить, что это сравнительно небольшой срок с точки зрения эволюции - практически мгновение.
