Jeden z głównych procesów ewolucji - dobór naturalny - przebiega na naszych oczach. W ciągu ostatniego półwiecza na Ziemi pojawiły się owady, które nie boją się pestycydów, myszy, które nie są wrażliwe na trucizny oraz bakterie odporne na antybiotyki. Kto i jak dostosowuje się do niesprzyjających warunków.
Ocaleni z huraganu
Latem 2017 roku grupa naukowców z Uniwersytetu Harvarda zaobserwowała populacje małych jaszczurek Anolis scriptus, żyjących na Turks i Caicos w Indiach Zachodnich. Cztery dni po zakończeniu wyprawy huragany Irma i Maria uderzyły w archipelag. Sześć tygodni później biolodzy wrócili tam, aby ponownie zebrać dane.
Okazało się, że po klęsce żywiołowej jaszczurki zmieniły się znacząco - ocalałe palce u nóg były średnio dłuższe, kończyny przednie większe, tułów krótszy, a kości udowe mniejsze. Naukowcy zasugerowali, że te znaki pomogły gadom przetrwać huragan, a teraz zdobędą przyczółek w następnych pokoleniach Anolis scriptus żyjącego na wyspach.
Po huraganach Irma i & bdquo; Maria & rdquo; w 2017 roku zmienił się wygląd jaszczurek Anolis scriptus, żyjących na wyspach w Indiach Zachodnich - u zwierząt, które przeżyły, palce na łapach były średnio dłuższe, kończyny przednie większe, długość ciała mniejsza / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Sztuczna ewolucja
Film promocyjny:
Tak więc, dzięki szalejącym elementom, naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali dobór naturalny w przyrodzie. Wcześniej w laboratoriach sztucznie symulowano procesy adaptacji organizmów żywych do zmieniających się warunków środowiskowych i specjacji.
Najczęściej przedmiotem badań stawały się bakterie - rozmnażają się one dość szybko, a ich genom jest niewielki, co pozwala w stosunkowo krótkim czasie na badanie procesów, które w bardziej złożonych organizmach trwają tysiące lat. Najsłynniejszy eksperyment, który rozpoczął się w 1988 roku i trwa do dziś, został przeprowadzony przez grupę naukowców z University of Michigan, kierowaną przez biologa ewolucyjnego Richarda Lensky'ego.
W lutym 1988 naukowcy stworzyli dwanaście populacji jednego szczepu Escherichia coli (E. coli) i umieścili je w sztucznym środowisku, w którym glukoza była jedynym źródłem pożywienia. Ponadto w roztworze był obecny cytrynian, ale E. coli nie mogła się nim odżywiać.
Dwanaście populacji bakterii E. coli, które naukowcy obserwowali od 30 lat. Zdjęcie: Brian Baer i Neerja Hajela.
Przez trzydzieści lat (zmieniło się ponad 68 tysięcy pokoleń Escherichia coli) bakterie we wszystkich populacjach rosły i nauczyły się lepiej wchłaniać składniki odżywcze, w tym cytrynian. Mutacje, które umożliwiły E. coli przystosowanie się do środowiska, były różne we wszystkich populacjach, ale występowały w tych samych genach - każda społeczność bakterii próbowała znaleźć własną ścieżkę ewolucji.
Mocniejsze zęby, większe głowy
Czasami złożone organizmy dostosowują się do warunków środowiskowych nie przez tysiąclecia, ale znacznie szybciej. Na przykład jaszczurka ścienna Podarcis sicula, żyjąca na jednej z wysp na Morzu Adriatyckim, zmieniła rozmiar, kształt głowy i strukturę przewodu pokarmowego w ciągu zaledwie 36 lat, chociaż genetycznie nadal są nie do odróżnienia od krewnych mieszkających gdzie indziej.
W 1971 roku badacze przetransportowali pięć par dorosłych osobników Podarcis sicula z wyspy Pod Kopiste do sąsiedniego Pod Markaru. Warunki w nowym miejscu przypominały zwykłe siedlisko, ale drapieżników lądowych praktycznie nie było, a po trzydziestu latach gady, które rozprzestrzeniły się po całej wyspie, zewnętrznie różniły się od swoich krewnych na Pod Kopist.
Jaszczurka ścienna (Podarcis siculus) po przeniesieniu na wyspę Pod Markaru zmieniła wygląd: urosła, skrócono jej tylne kończyny, aw przewodzie pokarmowym pojawiła się zastawka krętniczo-kątnicza Kurt W. Becker / Lucertola campestre a caccia.
Jaszczurki osadnikowe powiększyły się, zaczęły biegać wolniej (tylne kończyny były skrócone), ich głowy wyglądały na masywniejsze, a zęby mocniejsze, bo na Pod Markaru musiały żywić się głównie twardymi i włóknistymi roślinami, a nie jak dotychczas owadami. W związku ze zmianami w diecie zwierząt pojawiła się również nowa struktura w przewodzie pokarmowym - zastawka krętniczo-kątnicza, która tworzy w jelicie rodzaj komór fermentacyjnych, w których drobnoustroje rozkładają trudno przyswajalne fragmenty pokarmu roślinnego.
Życie na wyspie czyni cię mądrzejszym
Ogólnie rzecz biorąc, zwierzęta wyspiarskie z reguły są bardziej interesujące dla naukowców niż ich kuzyni z kontynentu - na wyspach ewolucja jest szybsza. Duże zwierzęta, raz w izolacji, stają się mniejsze, małe, wręcz przeciwnie, stają się ogromne, a czasem w bardzo krótkim czasie.
Życie na wyspach daje czasem całkiem nieoczekiwane korzyści. Jak odkryła międzynarodowa grupa naukowców, po przeanalizowaniu danych dotyczących rozmiaru mózgu jedenastu i pół tysiąca ptaków należących do 1931 gatunków, mózg ptaków wyspowych jest większy niż mózg krewnych z kontynentu, co jest wynikiem ewolucji.
Kruk Nowej Kaledonii jest „walutą” dla automatu sprzedającego. Zdjęcie: Jelbert i in. / Raporty naukowe 2018.
Warunki życia na wyspach są mniej przewidywalne, a jeśli sytuacja się pogorszy, trudniej będzie przenieść się w inne miejsce niż na kontynencie. Dlatego duży mózg zdolny do bardziej złożonych zachowań adaptacyjnych jest ewolucyjną zaletą. Odkrycia te potwierdzają obserwacje kruka nowokaledońskiego (Corvus moneduloides), który jest w stanie używać narzędzi i odtwarzać je z pamięci, oraz zięba dzięcioła (Camarhynchus pallidus), która potrafi używać narzędzi, a nawet je przetwarzać.
Myszy, których nie można zatruć
Niekorzystne warunki życia zmuszają zwierzęta kontynentalne do szybkiej ewolucji. Stało się to w przypadku zwykłych myszy domowych. Od lat pięćdziesiątych XX wieku zatruwano je warfaryną - niektóre osobniki odporne na ten pestycyd znaleziono już w 1964 roku, a do 2011 roku naukowcy opisali populację myszy domowych (Mus musculus domesticus), na które warfaryna w ogóle nie działa.
Tak szybka adaptacja (60-70 lat to nic według standardów ewolucji) wynikała z niesamowicie szybkiego rozmnażania się tych gryzoni. Jak podkreślają niemieccy badacze, odporność na truciznę jest wynikiem mutacji w genie vkorc1, który jest obecny w genomach wszystkich ssaków i odpowiada za działanie witaminy K.
Ciągłe próby zniszczenia niektórych szkodników i pasożytów przez człowieka z reguły idą w bok. To chęć pokonania śmiertelnych infekcji doprowadziła do pojawienia się superbakterii odpornych na antybiotyki, a chęć ochrony roślin przed owadami doprowadziła do rozprzestrzeniania się zwierząt odpornych na pestycydy. W ciągu ostatniego półwiecza odnotowano ponad dwa i pół przypadków przystosowania się szkodników owadzich do różnych trucizn.
Alfiya Enikeeva