Скорость эволюции диких животных выше, чем полагали ранее

Для оценки скорости эволюции и аддитивной генетической изменчивости международный коллектив ученых проанализировал данные о почти 250 тысячах особей млекопитающих и птиц из 19 популяций со всего мира. Оказалось, что прежние оценки скорости эволюции были занижены в разы.

Пятнистые гиены из Танзании адаптируются к изменениям в среде обитания.

Credit:
Oliver Höner | Пресс-релиз

В своих классических трудах Чарльз Дарвин называл эволюцию медленным процессом, происходящим в геологических масштабах времени. Позднее стали известны примеры быстрых изменений популяций под воздействием естественного отбора — например, промышленный меланизм бабочек или рост числа слонов без бивней там, где их истребляют для получения слоновой кости. Однако точно оценить скорость эволюционного процесса — трудная задача, и валидных исследований на эту тему немного.

Восполнить пробел и разработать более корректный статистический подход к оценке скорости эволюции призвано новое исследование, опубликованное в Science. Его выполнила международная команда ученых, которая использовала наблюдения за дикими популяциями позвоночных со всего света, занявшие не один десяток лет. Они описывают почти 250 тысяч особей, принадлежащих к 19 популяциям и 15 видам млекопитающих и птиц. Среди этих животных есть, например, благородные олени из Великобритании, макаки-резусы из Пуэрто-Рико, белки обыкновенные из Канады и пятнистые гиены из Танзании.

В качестве характеризующей скорость эволюции величины авторы применили аддитивную генетическую изменчивость (additive genetic variance). Это понятие использовал Рональд Фишер в своей Фундаментальной теореме естественного отбора еще в 1930-х годах. Аддитивная генетическая изменчивость определяется как степень влияния наследуемых генетических различий на способность к выживанию и репродукции. Эта величина имеет теоретический характер, поэтому ее довольно сложно рассчитать и верно интерпретировать.

Авторы также отмечают, что прежние оценки этой величины были не вполне корректны. В частности, не уделялось внимание тем особям, которые не оставляют потомства. Поэтому исследователи разработали особый статистический подход и более основательно подошли к отбору данных. «Для проведения этого исследования нам требовалось узнать, когда каждый из индивидов родился, с кем спаривался, когда родились его потомков и когда те умерли», — говорит Тимоти Бонне из Национального университета Австралии.

Вместо того, чтобы вникать в изменения отдельных генов и их эффект, ученые использовали статистический анализ и оценили суммарный эффект на приспособленность тысяч различных генов. Они разработали особый математический аппарат, который учитывает ключевые свойства, определяющие жизнеспособность диких животных и имеющие неравномерное распределение в популяции. В расчетах учтен тот факт, что большая часть особей умирает прежде, чем оставит потомство, а также отдельные животные, оставляющие очень много отпрысков. Оказалось, что значения скорости эволюции диких популяций и аддитивной генетической изменчивости в 2–4 раза выше, чем считалось ранее. Для разных популяций этот параметр варьировал от 0,003 до 0,497, причем максимальное значение, а значит, и способность к адаптации, имели пятнистые гиены.

Авторы сделали вывод, что среднее значение вызванных естественным отбором генетических изменений на 18,5% определяет увеличение уровня приспособленности, которое приходится на одно поколение. Иными словами, в среднем потомки на 18,5% «лучше» (способнее к адаптациям), чем их предки, а популяция способна пережить ухудшение качества среды своего обитания на те же 18,5%.

Исследователи отмечают и ограничения своего подхода: он учитывает только генетические изменения, обусловленные естественным отбором. В то же время на эволюционные преобразования также влияют мутации, различные другие случайные изменения, миграции и взаимодействия животных внутри популяции и изменения окружающей среды в глобальном масштабе.

Источник

Bonnet T., et al. Genetic variance in fitness indicates rapid contemporary adaptive evolution in wild animals // Science 376, 1012–1016 (2022). published online 26 May 2022 DOI: 10.1126/science.abk0853

Цитата по пресс-релизу

Добавить в избранное

Вам будет интересно