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

Глава восьмая

Эволюция в плавательных бассейнах и экспериментальных средах

Если пролететь над южной оконечностью кампуса университета Британской Колумбии в Ванкувере, то можно увидеть двадцать аквамариновых прямоугольников. Они расположены четырьмя рядами, а голубой цвет выдает их тайну: они наполнены водой, глубже с одного конца и мельче – это заметно по более светлому оттенку голубого – с противоположного. Кто же в них плавает? Даже Гугл не может нам дать ответ. К счастью, ответ знает Дольф Шлутер. Долговязый, всегда ухмыляющийся, но при этом немного робкий канадец, он скорее похож на доброго фермера, чем на блестящего ученого. И тем не менее Шлутер является ведущим эволюционным биологом своего поколения. И это его бассейны[71], а их обитатели – его питомцы.

В детстве не было никаких намеков на то, что Шлутер станет владельцем столь роскошного морского комплекса, построенного специально для проведения эволюционных экспериментов. Это уникальное сооружение не имеет аналогов в мире. Шлутер всегда проявлял интерес к природе. Во время учебы в колледже подрабатывал, ассистируя во время полевых экспериментов на канадских каймановых черепахах. К моменту окончания учебы он нашел работу – помогать в осуществлении исследований, посвященных млекопитающим, в канадской провинции Альберта. Но в последнюю минуту услышал блестящую лекцию о среде обитания колибри и понял, что хочет стать ученым. И тогда он поступил в магистратуру.

Шлутер знал, какое направление выберет. Молодой человек начал обучение в университете Мичигана, где его научным консультантом был ни кто иной, как Питер Грант, гуру в области изучения вьюрков. И очень скоро Шлутер оказался на Галапагосских островах, реализуя свои идеи на практике, так как в тот период он изучал, как дарвиновские вьюрки адаптируются к использованию различных ресурсов. В настоящее время его подробнейшие исследования стали классикой[72]: их можно найти в учебниках, они изменили подход биологов к изучению адаптивной радиации.

Но к тому времени, когда он стал постдоком в Ванкувере, Шлутер искал новый объект для своих исследований. Дарвиновские вьюрки это здорово, но Галапагос находится далеко от Канады. К тому же, что важнее, Шлутер хотел ставить эксперименты: не только выводить гипотезы на основе конкретных примеров, но и замыкать цикл, проверив их экспериментальным путем. Подобные опыты было бы логистически сложно осуществить с участием любого вида птиц. А тем более это невозможно было проделать с дарвиновскими вьюрками из-за строгих правил Галапагосского национального парка.

К счастью, ответ был под рукой. Маленькая трехиглая колюшка была идеальным решением: она демонстрирует интересные эволюционные модели, ее легко изучать и управляться с ней как в поле, так и в лаборатории; а еще она часто встречается в озерах Британской Колумбии. В то время трехиглая колюшка были малоизвестна в кругах эволюционных биологов. Но теперь, в большей степени благодаря работе Шлутера, эта рыба стала модельным организмом для эволюционных исследований.

Колюшка встречается по всему миру на северных территориях. Но в нескольких озерах Британской Колумбии она демонстрирует то, что не делает больше нигде. В большинстве мест вы найдете лишь один вид трехиглой колюшки. Но в пяти озерах Британской Колумбии есть два вида колюшки: один вид с обтекаемым телом и быстро движущийся, который живет в открытой воде у берегов; а второй – с более плотным телом и неторопливо зависающий на дне вблизи берега.

Трехиглая колюшка, обитающая в открытой воде (сверху) и на дне (снизу)

Эти виды различаются фенотипически. У вида, живущего в открытой воде, имеются защитные щитки по бокам и длинные узкие челюсти, которые быстро вытягиваются, чтобы схватить плавающую на поверхности добычу. И наоборот, у обитающего на дне вида нет брони, но есть мощные челюсти, чтобы всасывать добычу из ила и густой растительности.

Проведя сравнения ДНК, коллеги Шлутера из университета Британской Колумбии доказали, что два этих вида эволюционировали независимо друг от друга в каждом из пяти озер – та же самая модель повторяющейся адаптивной радиации, которую продемонстрировали анолисы на Карибских островах. Во всех других озерах один-единственный вид трехиглой колюшки использует обе среды обитания и имеет примерно одинаковую форму тела. И напротив, вид, живущий в открытой воде, и вид, обитающий на дне, никогда не встретишь по отдельности.

Исследование Шлутером процесса роста и поиска рыбой пищи, проведенное как в лаборатории, так и в поле, показало, что рыба из озера, где живет один только вид колюшки, является универсалом: она может жить повсюду, но хорошо чувствует себя далеко не в любой среде. А в озерах, где обитают оба вида колюшки, и те, и другие привыкли жить в своей специфической среде.

Шлутер выдвинул гипотезу, что подобные модели развития возникли в результате соперничества за еду. Когда два вида появляются рядом, то естественный отбор заставляет их расходиться в своем развитии и жить в разных средах обитания, чтобы свести к минимуму соперничество. Но когда присутствует только один вид, тогда естественный отбор будет в пользу промежуточного с точки зрения фенотипа вида, который сможет жить в разных средах.

Все данные соответствовали этой гипотезе, но Шлутеру нужно было нечто большее, чем просто соответствие: он хотел проверить эту идею напрямую, экспериментальным путем. Его план заключался в том, чтобы поместить одного из специалистов среды в пустой водоем. Согласно его гипотезе, в отсутствие другого специалиста данная популяция должна поменять эволюционный курс на противоположный и развиваться в сторону промежуточного, универсального состояния.

Но где найти водоемы? Сделать это было легко: в Ванкувере полно искусственных водоемов, где нет колюшки. Так почему бы не забросить в них немного рыбы? И тогда началось пробное испытание. Шлутер получил разрешение поместить колюшку в два пруда на полях для гольфа и в муниципальном парке. В ход пошла рыба, жившая в открытой воде. Поначалу все шло хорошо, но через год поле для гольфа осушило одно из озер. Две другие популяции процветают по сей день, но Шлутер почти не занимался ими.

Причина в том, что вскоре после того, как он начал свой эксперимент, ему предложили должность преподавателя в университете Британской Колумбии. И тогда Шлутер пересмотрел вариант с полем для гольфа. А почему бы не соорудить ряд прудов, более или менее идентичных во всех отношениях, прямо на территории кампуса? К ним имелся бы прямой доступ, и они были бы закрыты для посторонних, и вы бы не рисковали получить мячом по голове.