Американским ученым удалось воспроизвести в лаборатории начало процесса видообразования мухи яблонной пестрокрылки (Rhagoletis pomonella). Оказалось, что 70% генетических различий между двумя подвидами мухи могут возникнуть за одно единственное поколение.
Яблонная пестрокрылка
© Wikimedia Commons
Эта муха жила на американском континенте до приезда туда европейцев, и ее личинки росли, в основном, в плодах боярышника. Европейцы привезли с собой на континент яблони, и в середине XIX века внезапно обнаружилось, что часть мух переключилась на них. Самки откладывают яйца под кожицу плодов, и через две-три недели из них вырастают маленькие мухи. За это время яблоко успевает сгнить и прийти в негодность. Вред для сельского хозяйства очень велик – в некоторых штатах пропадает до 25 % яблок. Благодаря карантинным мероприятиям муха практически не просачивается за пределы континента – задокументирован единственный случай завоза в Афганистан.
Но интерес ученых к Rhagoletis pomonella вызван совсем не ущербом, который она наносит сельскому хозяйству. Не слишком эрудированные критики эволюционной теории часто задаются вопросом: «Если новые виды время от времени образуются, то почему мы не наблюдаем этого сами, а наоборот, наблюдаем постоянный набор четко разграниченных видов? Ну разве что некоторые виды вымерли, но новые-то не возникают? И где переходные формы?». Похожие вопросы интересовали и самого автора эволюционной теории, Чарлза Дарвина, и он не знал ответов. Но со времени публикации своих работ Дарвином прошло 150 лет, и многое стало яснее.
Во-первых, археологам удалось найти ископаемые остатки некоторых переходных форм (подробнее об этом можно почитать в главе из книги Александра Маркова). Во-вторых, успехи в области секвенирования позволили генетикам заглянуть вглубь истории жизни на земле. Теперь с определенной точностью можно установить, приходятся ли эти два вида друг другу родственниками, когда жил их общий предок, и даже иногда, какие именно мутации создали из общего предка эти виды такими, какими они получились. С привлечением знаний из других областей наук удается отвечать не только на вопросы «как?», но и на вопросы «почему?».
Чаще всего размежевание двух новых видов происходит, когда ареал их распространения разделяется. Например, водоем пересыхает и уменьшается в размерах, так что их становится два, участок суши погружается под воду и один остров превращается в два, или группа животных уходит жить на новую территорию, преодолевает тяжелый путь и не думает возвращаться. Разделение в пространстве важно для образования нового вида, потому что тогда у представителей двух групп появляется возможность накапливать разные мутации, не скрещиваясь и не обмениваясь ими. Со временем накопленные мутации приведут к тому, что скрещивание будет непродуктивным, даже если встреча произойдет, но, пока их недостаточно, чтобы основать отдельный вид, группам лучше не пересекаться.
Долгое время оставался дискуссионным вопрос, может ли вид разделиться на два, если не возникает преграды для контактов (т.н. симпатрическое видообразование). В настоящее время есть доказательства того, что правильный ответ на этот вопрос – «да». Но для этого нужны довольно весомые причины, делающие скрещивание с носителем чуждого отличительного признака невыгодным или сложным.
Один из классических примеров симпатрического видообразования – дарвиновы вьюрки. Вариаций единственного признака – формы клюва – оказалось достаточно, чтобы запустить среди них разделение на новые виды. Для этого есть две причины: форма клюва обуславливает предпочитаемый рацион и брачную песню.
Другой показательный случай симпатрического видообразований – случай с трехиглой колюшкой. Это изначально морская рыба, колонизировавшая пресноводные водоемы. В частности, озера. Дольф Шлутер изучал эту колюшку и обнаружил, что в пяти озерах Британской Колумбии (Канада) живет по две обособленных формы колюшки – всего 10. Генетический анализ митохондриальной ДНК показал, что во всех пяти случаях поселившаяся в озере колюшка разделялась на живущую у дна и обитающую в толще воды. Донная форма – это крупные рыбы с большим ртом, они питаются довольно крупной добычей. Колюшки, которые живут в толще воды, куда меньших размеров, рот у них тоже меньше, а питаются они планктоном. Живущие в одном озере две формы корюшек скрещиваться не могут. В этом случае процесс видообразования начался благодаря тому, что для каждой формы нашлась экологическая ниша, которая позволила им разделиться. Выгодными с точки зрения поиска пропитания оказались крайние формы: крупные особи с большим ртом или маленькие с маленьким. Промежуточные варианты испытывают проблемы с добычей пищи, и тем самым обеспечивают репродуктивную изоляцию.
Правда, развитие техники секвенирования, позволившее не ограничиваться митохондриальной ДНК, а перейти к ядерным маркерам, нарушило эту стройную картину. Еще раньше было замечено, что, хотя в пределах одного озера формы репродуктивно изолированы друг от друга, донные формы из одного озера могут скрещиваться с донными формами из другого, а рыбы из разных озер, живущие в толще воды, между собой. Исследования ядерной ДНК еще яснее указали на то, что, колонизация озер колюшкой шла в два этапа: донные озерные формы оказались более дальними родственники морской формы, чем живущие в толще воды. Но, скорее всего, репродуктивная изоляция развилась уже во время совместной жизни в озерах. Этот пример также показывает, что, если есть такая возможность, лучше изучать ядерную, а не митохондриальную ДНК. Искаженные данные при исследовании мтДНК, видимо, как раз и объясняются тем, что репродуктивная изоляция наступила через некоторое время после колонизации.
Что же касается яблонной пестрокрылки, то, как раз на ее примере, мы наблюдаем переходную форму. На сегодняшний день примерно 5 % особей – потомки смешанных пар любителей боярышника и яблок. Если трехиглой колюшке понадобилось, по расчетам ученых, около 10 тысяч поколений для полной изоляции, то с момента перехода мухи на яблоки прошло всего 150 лет, а для появления одного поколения этих мух нужен год. Значит, для почти полного обособления боярышниковой расы и яблочной понадобилось 150 поколений. Такому успеху способствует во многом тот факт, что яблоки плодоносят почти на месяц раньше боярышника.
Отдельно стоит отметить, что среди наездников Diachasma alloeum, паразитирующих на яблонной мухе, также происходит разделение на два вида – вид, паразитирующий на любителях боярышника, и вид, паразитирующий на любителях яблок.
Обычно видообразование не удается наблюдать из-за того, что жизнь ученых слишком коротка (да и наука в современном виде появилась недавно) по сравнению со стандартным временем видообразования. Но в случае с мухами и их наездниками человек своей хозяйственной деятельностью создал новую, очень удобную экологическую нишу – завез яблони, и теперь мы можем увидеть эволюцию собственными глазами.
Сымитировав в лаборатории яблоневые и боярышниковые условия, американские ученые исследовали геномы первого поколения, родившегося в лаборатории у боярышниковых родителей. Оказалось, что уже у первого поколения присутствовало около 70% различий, существующих у двух подвидов на сегодняшний день. Это объясняет стремительное распространение яблочной расы в 60-е годы XIX века.
Источник: А. Брутер polit.ru
