Viens no galvenajiem evolūcijas procesiem - dabiskā atlase - notiek mūsu acu priekšā. Pēdējā pusgadsimta laikā uz Zemes ir parādījušies kukaiņi, kas nebaidās no pesticīdiem, peles, kuras nav jutīgas pret indēm, un baktērijas, kas ir izturīgas pret antibiotikām. Kas un kā pielāgojas nelabvēlīgiem apstākļiem.
Viesuļvētras izdzīvojušie
2017. gada vasarā Hārvarda universitātes zinātnieku grupa novēroja mazu ķirzakas Anolis scriptus populācijas, kas dzīvo Tērksas un Kaikosas salās Rietumindijā. Četras dienas pēc ekspedīcijas beigām viesuļvētras Irma un Marija skāra arhipelāgu. Pēc sešām nedēļām biologi tur atgriezās, lai atkārtoti savāktu datus.
Izrādījās, ka pēc dabas katastrofas ķirzakas ievērojami mainījās - izdzīvojušie kāju pirksti bija vidēji garāki, priekškājas bija lielākas, ķermenis bija īsāks, bet augšstilba kauli bija mazāki. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka šīs zīmes rāpuļiem palīdzēja pārdzīvot viesuļvētru, un tagad viņi iegūs pēdas nākamajās salās dzīvojošās Anolis scriptus paaudzēs.
Pēc viesuļvētras Irma un "Marija" 2017. gadā ir mainījies Anolis scriptus ķirzakas izskats, dzīvojot salās Rietumindijā, - izdzīvojušajiem dzīvniekiem kāju pirksti bija vidēji garāki, priekškājas bija lielākas, ķermeņa garums bija īsāks / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Mākslīgā evolūcija
Reklāmas video:
Tātad, pateicoties niknajiem elementiem, pētnieki pirmo reizi dabā novēroja dabisko atlasi. Pirms tam laboratorijās mākslīgi tika modelēti dzīvo organismu pielāgošanās procesi mainīgajiem vides apstākļiem un specifikācija.
Visbiežāk baktērijas kļuva par izpētes objektu - tās pietiekami ātri vairojas, un to genoms ir maza izmēra, kas ļauj salīdzinoši īsu laiku pētīt procesus, kas sarežģītākos organismos notiek tūkstošiem gadu. Slavenāko eksperimentu, kas sākās 1988. gadā un turpinās līdz šai dienai, iestudēja Mičiganas universitātes zinātnieku grupa evolūcijas biologa Ričarda Lenska vadībā.
1988. gada februārī pētnieki izveidoja divpadsmit Escherichia coli (E. coli) viena celma populācijas un ievietoja tos mākslīgā vidē, kur glikoze bija vienīgais pārtikas avots. Turklāt šķīdumā bija citrāts, bet E. coli no tā nevarēja baroties.
Divpadsmit E. coli baktēriju populācijas, kuras zinātnieki novērojuši 30 gadus. Foto: Braiens Bērs un Neerja Hajela.
Trīsdesmit gadu laikā (ir mainījušies vairāk nekā 68 tūkstoši E. coli paaudžu) baktērijas visās populācijās ir augušas un iemācījušās efektīvāk absorbēt barības vielas, ieskaitot citrātu. Mutācijas, kas ļāva E. coli pielāgoties savai videi, visās populācijās bija atšķirīgas, taču tās notika vienā un tajā pašā gēnā - katra baktēriju kopiena mēģināja atrast savu ceļu evolūcijā.
Stiprāki zobi, lielākas galvas
Dažreiz sarežģītie organismi pielāgojas vides apstākļiem nevis gadu tūkstošiem, bet daudz ātrāk. Piemēram, sienas ķirzaka Podarcis sicula, kas dzīvo vienā no Adrijas jūras salām, tikai 36 gadu laikā ir mainījusi lielumu, galvas formu un gremošanas trakta struktūru, lai gan ģenētiski tie joprojām nav atšķirami no citur dzīvojošajiem radiniekiem.
1971. gadā pētnieki no Pod Kopiste salas uz kaimiņu Pod Markaru pārvadāja piecus Podarcis sicula pieaugušo pārus. Apstākļi jaunajā vietā atgādināja parasto dzīvotni, taču sauszemes plēsoņu praktiski nebija, un pēc trīsdesmit gadiem rāpuļi, kas izplatījās visā salā, ārēji atšķīrās no radiniekiem Pod Kopistā.
Sienas ķirzaka (Podarcis siculus), pārceļoties uz Podo Markaru salu, mainījās pēc izskata: tā kļuva lielāka, tās aizmugurējās ekstremitātes bija saīsinātas, un kuņģa-zarnu traktā parādījās ileocecal vārsts Kurt W. Becker / Lucertola campestre a caccia.
Apmetņu ķirzakas palielinājās, sāka lēnāk skriet (viņu aizmugurējās ekstremitātes bija saīsinātas), galvas izskatījās masīvākas, un zobi bija stiprāki, jo Pod Markaru viņi bija jābaro galvenokārt ar stingriem un šķiedrainiem augiem, nevis kukaiņiem, kā iepriekš. Sakarā ar izmaiņām dzīvnieku uzturā kuņģa-zarnu traktā radās jauna struktūra - ileocecal vārsts, kas zarnās veido sava veida fermentācijas kameras, kurās mikrobi sadala nesagremojamus augu barības gabalus.
Salas dzīve padara jūs gudrāku
Kopumā salu dzīvnieki, kā likums, zinātniekus interesē vairāk nekā viņu kontinentālie brālēni - salās evolūcija ir ātrāka. Lieli dzīvnieki, kad ir izolēti, kļūst mazāki, mazi, gluži pretēji, kļūst milzīgi, un dažreiz ļoti īsā laikā.
Dzīve salās dažkārt dod diezgan negaidītas priekšrocības. Kā noskaidroja starptautiska zinātnieku grupa, pēc analīzes datiem par vienpadsmit ar pusi tūkstošu putnu smadzenēm, kas pieder 1931. gada sugām, salu putnu smadzenes ir lielākas nekā kontinentālajiem radiniekiem, un tas ir evolūcijas rezultāts.
Jaunkaledonijas krauklis tirdzniecības automātā izmanto "valūtu". Foto: Jelbert et al. / Zinātniskie ziņojumi 2018.
Dzīves apstākļi salās ir mazāk paredzami, un, ja situācija pasliktinās, ir grūtāk pārcelties uz citu vietu nekā kontinentā. Tāpēc lielas smadzenes, kas spēj veikt sarežģītāku adaptīvo uzvedību, ir evolūcijas priekšrocība. Šie atradumi apstiprina novērojumus par Jaunkaledonijas kraukli (Corvus moneduloides), kurš prot izmantot instrumentus un atjaunot tos no atmiņas, un dzeņa koku žubīti (Camarhynchus pallidus), kas var izmantot instrumentus un pat tos apstrādāt.
Peles, kuras nevar saindēt
Nelabvēlīgie dzīves apstākļi liek kontinentālajiem dzīvniekiem strauji attīstīties. Tas notika ar parastajām mājas pelēm. Kopš piecdesmitajiem gadiem tie tika saindēti ar varfarīna indēm - daži indivīdi, kas bija izturīgi pret šo pesticīdu, tika atrasti jau 1964. gadā, un līdz 2011. gadam zinātnieki aprakstīja mājas peļu (Mus musculus domesticus) populāciju, uz kuru varfarīns nemaz nedarbojas.
Šāda ātra pielāgošanās (60–70 gadi pēc evolūcijas standartiem nav nekas) bija saistīta ar neticami ātro šo grauzēju pavairošanu. Kā norāda vācu pētnieki, izturība pret indēm ir vkorc1 gēna mutācijas rezultāts, kas atrodas visu zīdītāju genomos un ir atbildīgs par K vitamīna darbu.
Pastāvīgi cilvēka mēģinājumi iznīcināt noteiktus kaitēkļus un parazītus, kā likums, iet uz sāniem. Tieši vēlme sakaut nāvējošās infekcijas ir izraisījusi pret antibiotikām izturīgu superbugs parādīšanos, un vēlme aizsargāt augus no kukaiņiem ir izraisījusi pret pesticīdiem izturīgu dzīvnieku izplatīšanos. Pēdējā pusgadsimta laikā ir reģistrēti vairāk nekā divarpus gadījumi, kad kukaiņu kaitēkļi ir pielāgojušies dažādām indēm.
Alfiya Enikeeva