Осенью 2010 года в гостиничный бар в городке Валентайне, штат Небраска (США), заглянул грустный сухощавый парниша и принялся заливать свое горюшко, попутно изливая его незнакомцу по соседству. Хочу большой участок плоской земли, заявил чувачок. И чтобы на нем была темная почва, добавил он. И чтобы жили там хомячки в изобилии, мечтательно пропищал молодчик. Но никто не дает ни акра, прохныкал паря. Сколько порогов он обил – но так и не встретил понимания у землевладельцев. «Вот ведь ядрена вошь!» – в сердцах воскликнул посетитель и что есть мочи накатил.
Эволюционный биолог Роуэн Барретт (а был это не кто иной, как он), в ту пору постдок в лаборатории Хопи Хукстры в Гарвардском университете (США), замыслил грандиозный эксперимент. На участках с темной и светлой, как пиво, почвой он решил возвести огромные квадратные загоны для оленьих хомячков (Peromyscus maniculatus) под открытым небом и посмотреть, как грызуны будут эволюционировать на разных по цвету ландшафтах. Светлую землю ему без проволочек выделили на Песчаных холмах Небраски власти штата, а вот с темными сельхозугодиями возникла проблема – несговорчивые фермеры. «Это ж какая масштабная проверка естественного отбора сорвалась, еж твою медь!» – хлопнул по столу рукой молодой ученый и накатил еще раз.
Все это время незнакомец слушал причитания Роуэна, а потом как выпалил: «Копать-колотить! Да поди ж ты на мое люцерновое поле! Прямо завтрева и приходи! Строй свои загоны! Да сам не загоняйся!» Это был Билл Уорд, или Дикий Билл, как его называют друзья. Идея исследования показалась ему забавной и чуднóй. «Я чуть со стула не упал под стойку бара!» – вспоминает Барретт, ныне заведующий собственной лабораторией в Университете Макгилла в Монреале (Канада).
Уже вскоре команда Барретта и Дикий Билл копали траншеи и заколачивали в них стальные пластины общим весом более 13 тонн на полуметровую глубину, обнеся таким образом восемь квадратных участков земли (четыре – с темной почвой, четыре – со светлой, площадь каждого – 50×50 м) условно мышенепроницаемой сталью. Условно – потому что хоть хомячки и не могли подкопаться под пластины или вскарабкаться на них, но в щели между ними прошныривали достаточно непринужденно. Пришлось выкопать все обратно к чертям, приштырить пластины потеснее и для пущей надежности залить на стыках цементом. Ни один хомячок теперь не смог бы просочиться даже в жидком виде.
Оставалось только вышвырнуть за стальные стены гремучих змей (не без помощи Дикого Билла, который голыми руками хватал их целыми охапками), собрать всех хомячков в загонах и дополнительно наловить штучек пятьсот с окрестностей, сфотографировать каждого, отщипнуть кусочек хвоста для анализа ДНК, вживить микрочип промеж лопаток и выпустить на один из огороженных участков, примерно по сотне на каждый (половина отловлена со светлых песков, вторая половина – с темных суглинков). «Идея состояла в том, чтобы стартовать с максимальным фенотипическим разнообразием – это придало бы эксперименту особой мощи», – поясняет Хопи Хукстра, руководитель исследования.
Конечно, с самого начала не все шло так гладко, как хотелось бы. Однажды грузовик со стальными пластинами едва не попал в торнадо и чудом не перевернулся. В другой раз один из членов команды упал в обморок прямо на вострую сталь, чуть не лишившись одного из членов. Зимой к стенкам загонов навалило сугробов, и пришлось возводить вокруг дополнительные сетки, чтобы хомячки не сбежали. Местные жители посмеивались над экспериментаторами, считая их чокнутыми, и всякий раз кривились и крестились при слове «эволюция», когда те пытались донести до них суть опыта, а то и грозили кулаками. «Это слово – триггер в тех местах, люди просто перестают слушать тебя», – объясняет Барретт, почесывая фингал.
Светлошерстные оленьи хомячки Песчаных холмов Небраски и темношерстные с прилегающих сельскохозяйственных территорий – один из известных примеров досконально изученной адаптивной эволюции наряду с изменчивыми клювами галапагосских вьюрков и индустриальным меланизмом березовых пядениц. В 2009 году научная группа Хукстры установила, что светлый окрас хомячков определяется мутацией в гене Agouti, которая появилась и стала распространяться в популяции не так уж и давно – после формирования Песчаных холмов менее 10 тысяч лет назад. Естественный отбор, по всей видимости, шел при непосредственном участии хищных птиц, которые лучше замечают темных грызунов на светлом грунте и наоборот. Оставалось только доказать это на практике – так и возникла идея эксперимента со стальными загонами.
Ожидания оправдались сполна: совы и ястребы лютовали, и спустя уже три месяца хомячки, выжившие в загонах на Песчаных холмах, были в среднем заметно светлее по сравнению со среднестатистическими грызунами в начале опыта, а выжившие в загонах на люцерновом поле Дикого Билла – темнее. Изначально однородные популяции изменились в разных направлениях на разных по цветотону ландшафтах. Таким образом, адаптивную эволюцию удалось наблюдать в диких условиях в реальном времени, причем не только на фенетическом, но и на генетическом уровне.
Ученые секвенировали ген Agouti у всех подопытных хомячков и выявили семь мутаций, получивших распространение в загонах со светлым грунтом. Особо влиятельной оказалась мутация, известная как ΔSer, – отсутствие трех нуклеотидов, кодирующих аминокислоту серин. Если эту мутацию устроить в гене Agouti обычной лабораторной мышки, она вырастает светлошерстной и просветленной. Как выяснилось, ΔSer затрагивает участок гена, который в норме позволяет координировать процесс выработки пигмента с другими генами. Без партнерской поддержки мутантный Agouti производит намного меньше пигмента – и шерсть становится светлой. Если в начале эксперимента мутация ΔSer была равномерно распределена у хомячков во всех загонах, то уже через три месяца она стала более распространенной в двух загонах на Песчаных холмах и более редкой в загонах на люцерновом поле – и встречаемость светлого меха у грызунов изменилась соответствующим образом.
Итак, за почти десять лет эксперимента Барретт, Хукстра и их коллеги наглядно продемонстрировали, что оленьи хомячки с темной шерстью с большей вероятностью выживают на темной почве, а хомячки со светлой шерстью – на светлой. Они выяснили, что изменчивость цвета шерсти зависит по большей части от мутаций одного определенного гена, и даже выявили конкретную мутацию, которая меняет цвет волос грызуна. Они показали, что эта мутация в определенных условиях получает большее распространение, поскольку задает физический признак, делающий его носителей более адаптированными к среде обитания. Иными словами, они увязали генетику с фенетикой и подкрепили эту связь убедительным экспериментом в дикой природе – расшифровали эволюцию от и до, вдоль и поперек, исподвыподверта и с переподвыподвертом.
Эксперимент все еще продолжается. Хомячки-пионеры уже давно все померли, им на смену пришли новые поколения, окруженные стальными стенами. Ученые внимательно следят за их судьбой, скрупулезно отмечая отличия одного поколения от другого, и планируют подробно изучить не только Agouti, но и другие прикольные гены и фены, важные для выживания в заданных условиях.
Местные давно привыкли к ученым гостям и больше не морщатся от слова «эволюция». Около трети жителей Небраски верят в то, что все живые существа не меняются с момента их создания Творцом, другая треть полагает, что эволюция случается, но исключительно по замыслу Господа, а оставшаяся треть просто молча фигачит тебе по лицу. Но в Валентайне не так. Даже если люди там и отрицают эволюцию на словах, на деле они неплохо понимают ее азы. Многие из них фермеры, которые имеют некоторые представления о наследственности и изменчивости, другие – охотники, которые знают, что вялого оленя подстрелить проще, чем шустрого, и что выживают наиболее приспособленные – а ведь это и есть суть естественного отбора. «У нас появилось много друзей, – говорит Роуэн Барретт. – Все в городе знают об эксперименте. Пока нас нет, люди ходят к загонам и проверяют, все ли в порядке. Они называют нас «мышкетерами».
Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Science (Barrett et al., 2019)
Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.
Вас также могут заинтересовать статьи:
Не уберегли паразита! Вместе с крысой вымерла блоха
Как курносые мартышки адаптируются к горной жизни
Гавайские пауки и предсказуемость эволюции
Комментарии: