Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов - Джонатан Б. Лосос

Если говорить в более широком смысле, то факт обнаружения того, что в популяциях повторно и одинаково эволюционирует резистентность, может подстегнуть попытки модифицировать ген Bt в зерновых культурах, чтобы обойти этот механизм. Так, когда ученые обнаружили, что у насекомых развивается резистентность за счет блокирования процесса связывания с кадгерином, они модифицировали токсин Bt таким образом, чтобы он связывался с другими белками, полностью обходя кадгерин.

Это вовсе не означает, что конвергенция – чудодейственное средство. Даже в случаях, подобных случаю с Bt-токсином, фильтры эффективны только для поиска ранее определенных конвергентных мутаций. Другие мутации в том же самом гене могут остаться необнаруженными, а тем более там, где задействованы другие гены и резистентные механизмы (на самом деле ранее сообщалось о фактах обнаружения неконвергентно возникших в других генах мутаций, так же как и о многих прочих механизмах Bt-резистентности). А в случае со многими другими пестицидами знание того, что резистентность эволюционировала конвергентно, не гарантирует появления новых методов изучения.

НАШЕ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ выходит далеко за рамки применения антибиотиков и пестицидов. Мы меняем мир бесчисленными способами. Иногда проблемы, которые мы создаем, слишком велики, и тогда происходит сокращение и исчезновение разных видов. Но во многих других случаях в игру вступает естественный отбор, и виды начинают адаптироваться к новым условиям обитания.

В силу изменений, вызванных человеческой деятельностью, конвергентная эволюция была впервые описана как реакция на загрязнение нами окружающей среды. Адаптация растений к почве, зараженной тяжелыми металлами, и мотыльки с темным окрасом в загрязненной местности были самыми первыми примерами. И эти примеры постоянно накапливаются. Один хорошо изученный случай[129] связан с маленькой рыбкой, обитающей в морских лиманах вдоль атлантического побережья Северной Америки. Атлантическая гетерандрия, дальний родственник вида, изучаемого в Тринидаде Эндлером и Резником, способна выживать в местах с повышенным уровнем загрязнения, где могут жить лишь немногие другие виды. Команда, возглавляемая учеными из Калифорнийского университета, изучила четыре популяции, которые стойко переносили загрязнение (они обитали вдоль всего Восточного побережья) и установили, что у них независимо друг от друга видоизменилась схожая физиология, что сделало их нечувствительными даже к самым высоким уровням загрязняющих веществ, включая диоксин. Геномный анализ указывал на то, что мутации в одном и том же наборе генов играли важную роль в этой адаптации во всех четырех популяциях.

Люди также оказывают[130] сильное селективное давление, когда изымают животных из их популяций ради коммерческих или спортивных целей.

В большинстве случаев охотники выбирают себе жертву, исходя из определенных ее качеств. Результатом становится сильный естественный отбор, направленный против особей с этим качеством. И в большинстве случаев у популяций конвергентно эволюционируют похожие реакции. Так, трофейные охотники предпочитают самые крупные и роскошные экземпляры. А потому неудивительно, что у большинства видов со временем стало меньше украшающих элементов и защиты: у толсторогих баранов, черных антилоп и оленей уменьшились рога, а у слонов уменьшились бивни. В отдельных популяциях слонов присутствует множество особей, у которых полностью отсутствуют бивни.

То же самое явление наблюдается и в рыболовстве. В основном ловля рыбы определяется ее размером: в большинстве своем сети вылавливают крупную рыбу, а мелкая уходит. Итогом этого становится селективное предпочтение в пользу малышей. Как следствие, максимальный размер многих различных видов рыбы это всего лишь часть того, что было раньше. Так, к примеру, вес самой крупной атлантической трески[131] в канадском заливе Святого Лаврентия уменьшился с семидесяти фунтов в начале 1970-х до сегодняшних двенадцати фунтов. Треска, обитающая у побережья Массачусетса, примерно такого же маленького размера, а в конце XIX века там вылавливали рыбу весом более двухсот фунтов[64]. Это серьезная экономическая проблема, потому что количество рыбы в популяции не увеличивается, а это компенсировало бы более мелкий размер особей. В итоге объемы вылова рыбы неизбежно падают.

Возникает важный вопрос: вернутся ли популяции к тем показателям, что демонстрировали их предки, если мы восстановим условия их обитания, доведя их до изначального состояния? В некоторых случаях это происходит, как, например, у пяденицы березовой, которая вернула свой прежний окрас, как только исчезло загрязнение воздуха.

Однако в других случаях реакции бывают менее последовательными. Как только сокращается объем вылова рыбы и охоты, которые основаны на принципе отбора по размеру, у рыб в целом повторно не эволюционирует более крупный размер тела, а у толсторогих баранов не эволюционируют более крупные рога. Существует ряд возможных объяснений этой эволюционной асимметрии. Вероятно, естественный отбор в пользу крупного размера в отсутствие вылова и отстрела гораздо слабее по сравнению с отбором мелкого размера в этом процессе.

Либо, как вариант, вылов и отстрел могли привести экосистему в новое состояние, при котором крупный размер уже не является предпочтительным. К примеру, другие виды могли расширить свои популяции с целью завладеть ресурсами, ранее использовавшимися пойманными видами. В этом случае давление отбора может постоянно меняться даже после полного прекращения вылова и отстрела.

Так же как и в случае с пестицидами и антибиотиками, конвергентная эволюция лишь частично объясняет, как будут реагировать виды на меняющееся окружение и что мы можем сделать, чтобы улучшить ситуацию. Тем не менее когда это происходит, конвергенция четко обозначает проблему и побуждает к разработке общих контрмер. На самом деле, чтобы предотвратить уменьшение размера рыбы, ученые придумали ряд методов, включая разработку новых сетей, когда очень крупная рыба выбрасывается обратно в море с целью сохранить ее генный материал в рамках популяции. Или создание зон, где запрещена ловля и крупная рыба может чувствовать себя вольготно и передавать свои гены в те зоны, где ведется ее лов.

Нет никаких сомнений в том, что по мере того, как ученые все более подробно изучают, как виды реагируют на глобально меняющийся мир, будут обнаруживаться новые случаи конвергентной эволюционной реакции. Самой болезненной темой, безусловно, является проблема глобального потепления. К настоящему времени лишь немногие исследования убедительно продемонстрировали эволюционную адаптацию в связи с изменением климата, но эта ситуация стремительно меняется. Я не слышал о примерах конвергенции в природных популяциях, но в одном семилетием экспериментальном исследовании, проводившемся на червях, были отмечены повторявшиеся генетические изменения, связанные с потеплением почвы.