New Phytologist: Не естественный, а искусственный отбор может ускорять эволюцию

Естественный отбор обычно понимается в контексте изменений. Когда организмы отклоняются от нормы, они могут получить преимущества, которые позволят им превзойти своих менее приспособленных родственников.

Однако новое исследование, проведенное в Мичиганском государственном университете, позволяет предположить, что естественный отбор также способен сохранять неизменность.

Мы всегда говорим об огромном разнообразии жизни и должны говорить. Оно просто невероятно. Естественный отбор дал нам большую часть этого разнообразия, возможно, большую часть, — говорит Джефф Коннер, профессор Колледжа естественных наук и Биологической станции имени В.К. Келлога, или KBS.

Но естественный отбор может вызвать и сходство.

Коннер также является преподавателем кафедры биологии растений и программы МГУ «Экология, эволюция и поведение» (Ecology, Evolution and Behavior, EEB). Кроме того, он является избранным президентом Американского общества натуралистов.

Коннер и его сотрудники опубликовали в журнале New Phytologist новый доклад, который расширяет представление науки о естественном отборе в условиях действия другого эволюционного механизма, называемого генетическим ограничением.

Суть этого механизма заключается в том, что по мере эволюции виды могут терять генетическую гибкость в определенных областях. Это заставляет определенные признаки стабилизироваться и сохраняться в поколениях.

Грубо говоря, естественный отбор можно рассматривать как ускоритель эволюции, приводящий в движение различные или дивергентные черты, а сдерживание — как тормоз, поддерживающий или сохраняющий сходство.

Наша работа несколько переворачивает этот сценарий, — сказал Коннер.

Мы предполагаем, что отбор может также замедлять процесс, что он может вызывать как сходства, так и различия.

В процессе рецензирования работа была охарактеризована как увлекательный проект, который ставит под сомнение давние предположения.

Исследование отбора и ограничений

Эта новая работа основана на другом докладе группы Коннера, опубликованном в начале этого года под руководством аспиранта Робина Уотермана. Эта работа была опубликована в журнале Evolution и впервые намекнула на то, что отбор может быть ответственен за сохранение признаков.

Однако исследователям все же необходимо было исключить вклад ограничения, что они и сделали в докладе New Phytologist.

В обоих исследованиях в качестве модельного организма использовалась дикая редька, однако это растение также является весьма вредоносным сорняком в сельском хозяйстве, особенно на пшеничных полях в Австралии и на юго-востоке США.

В обеих публикациях исследователи изучали отличительную особенность дикой редьки — длину ее тычинок, или частей, продуцирующих пыльцу. Две из шести тычинок редьки короткие, а четыре — длинные.

Этот признак широко распространен среди почти 4 тыс. родственников дикой редьки из семейства горчичных. К ним относятся арабидопсис (Arabidopsis thaliana) — другой важный модельный организм, чесночная горчица — инвазивный вид в США, а также многие сельскохозяйственные культуры, такие как капуста, цветная и брюссельская капуста.

Таким образом, хотя в этих двух докладах исследователи сосредоточились на фундаментальной биологии, их работа также может вдохновить на будущие исследования, которые принесут пользу ученым и фермерам во всем мире.

Чтобы оценить влияние отбора и ограничений на характерный признак тычинок этого семейства, исследователи обратились к так называемому искусственному отбору. То есть они селекционировали дикий редис, у которого тычинки были ближе к одинаковой длине, чтобы попытаться изменить этот признак.

Возможно, лучшим методом проверки краткосрочных ограничений является искусственный отбор, поскольку если признак реагирует на искусственный отбор, то он явно может эволюционировать, — пишут авторы.

Если же признак не реагирует, значит, существует ограничение, вызванное недостатком генетической вариации.

Признак не только отреагировал, но и сделал это очень быстро. В ходе экспериментов команда уменьшила разницу в длине тычинок более чем на 30%.

У этого семейства растений этот признак «четыре длинных и две коротких» сохранялся на протяжении 50 млн. лет, и мы можем избавиться от трети разницы за пять поколений, то есть за пять лет, — сказал Коннер.

Я думаю, что если бы мы продолжили, то вернулись бы к шести тычинкам одинаковой длины.

Предки этого семейства имели тычинки одинаковой длины, и за прошедшее время несколько видов внутри семейства вернулись к одинаковой длине. Но дикая редька и большинство ее родственников эволюционировали и сохранили мотив «четыре длинных — два коротких», вероятно, благодаря естественному отбору.

Исследователи полагают, что тычинки разной длины дают виду преимущество при взаимодействии опылителей с растением, но в чем именно заключается это преимущество, они не знают. Работая со студентами старших курсов и преподавателями школ K-12 в своей лаборатории в KBS, Уотерман и Коннер разработали эксперименты для выяснения этого вопроса.

Таким образом, дикая редька все еще хранит некоторые тайны, но она стала мощным напоминанием о силе естественного отбора.

Естественный отбор очень важен, — заключает Коннер.

Многие вещи, которые, как считали люди, отбор сделать не может, как мы выяснили, он может сделать.

23.08.2023