Новозеландские веснянки изменили цвет в ответ на вызванное человеком обезлесение
#биология, #эволюция, #генетика, #мимикрия, #веснянки
Поскольку мы продолжаем изменять планету, ученые опасаются, что это может привести к изменению эволюционных траекторий видов, живущих рядом с нами, и, возможно, даже к необратимым сдвигам.
Безусловно, доказательства перемен повсюду. По мере потепления на планете смещаются ареалы обитания видов и меняются их жизненные циклы. В то время как мы вылавливаем самую крупную рыбу в океане, пострадавшие виды теперь созревают в более раннем возрасте и соответственно становятся меньше размерами.
Но лежат ли в основе этих сдвигов, которые мы наблюдаем в диких популяциях, генетические изменения (мутации в ДНК) или это просто пластичная реакция на изменения окружающей среды? Если изменения генетические, то как они происходят?
До сих пор исследователи наблюдали меньше явных примеров вызванной человеком эволюции в дикой природе, чем можно было бы предположить. Но новое исследование может стать ещё одним «хрестоматийным» примером спровоцированной человеком эволюции у диких насекомых.
Убедительная демонстрация «эволюции в действии» предполагает поиск агентов естественного отбора (факторов окружающей среды, вызывающих изменения) и обнаружение генетического механизма.
До сих пор классическим примером эволюции под влиянием человека была берёзовая пяденица. В XIX веке внезапно появились особи темного цвета. Вероятно, это была реакция на промышленное загрязнение, в результате которого светлоокрашенные особи перестали сливаться с окружающей средой, которая становилась все более загрязненной. Несмотря на широкую известность, некоторые аспекты даже этого знаменитого случая подверглись критике как неясные и плохо исследованные.
Авторы новой статьи работали над изучением веснянок и последствий вырубки лесов.
Черная веснянка Austroperla обитает в лесах. Она выделяет цианид, чтобы отпугнуть потенциальных хищников, а для демонстрации своей токсичности этот вид имеет высококонтрастные черные, белые и желтые отметины, напоминающие окраску ос.
У нетоксичной веснянки Zelandoperla развилась удивительно похожая предупреждающая окраска, очевидно, чтобы обмануть хищников (лесных птиц) и заставить их предположить, что она тоже ядовита. Замысловатые и уникальные экологические взаимодействия между этими насекомыми и их хищниками, очевидно, развивались вместе на протяжении миллионов лет.
Где в этой истории фигурируют люди? Новая Зеландия была последней крупной сушей, которую колонизировали люди. Во многих местах воздействие человека на ее экосистемы было разрушительным.
Помимо вымирания видов, Новая Зеландия всего за несколько столетий потеряла большую часть своего исконного лесного покрова. В результате обезлесения были уничтожены бесчисленные популяции лесных птиц, а также ядовитая веснянка Austroperla, обитавшая в этих лесах.
Новое исследование показало, что повсеместная вырубка лесов изменила ситуацию и для веснянок, мимикрирующих под Austroperla. Поскольку хищники и ядовитые виды, которым они подражают, исчезли из многих регионов, больше нет смысла демонстрировать предупреждающую окраску.
Удивительным образом популяции Zelandoperla, обитающие в утративших лес местах, быстро утратили свою эффектную подражающую окраску. Оказывается, производство этой сложной окраски было физиологически "дорогостоящим", и, когда она перестала быть необходимой, эволюция быстро устранила ее - по принципу «используй или потеряешь».
В новом исследовании учёные сравнили популяции насекомых в нескольких частях Южного острова и обнаружили удивительно сходную картину. Уничтожение лесов привело к схожим цветовым изменениям в разных расчищенных от леса регионах.
Вывод о том, что эволюционные изменения могут быть «предсказуемыми», дает надежду на то, что ученые смогут использовать эволюционную теорию для прогнозирования будущих изменений биоразнообразия.
Как было установлено, что птицы сыграли ключевую роль в этом быстром изменении цвета? Разместив модели веснянок разных цветов в различных местах обитания, биологи смогли продемонстрировать, что птицы избегают нападения на веснянок с «предупреждающей» окраской только тогда, когда они находятся в лесах.
Еще одна задача состояла в том, чтобы показать, что это изменение цвета представляет собой эволюцию на уровне ДНК, а не фенотипическую пластичность в ответ на изменения окружающей среды. Авторы изучили генетические вариации в геноме Zelandoperla и обнаружили, что всего один ген - ebony - почти полностью отвечает за эволюцию цвета.
Исследование также показывает темпы эволюционных изменений. Сравнивая регионы, утратившие лес вскоре после появления человека (например, Центральный Отаго, который был расчищен около 600-700 лет назад), с теми, которые были расчищены гораздо позже (полуостров Отаго, 150 лет назад), учёные показали, что эволюция шла неуклонно, но неумолимо в течение этого периода времени.
Положительным моментом является то, что по крайней мере некоторые местные виды могут адаптироваться к быстрым изменениям окружающей среды, что свидетельствует о сохранении устойчивости нашего местного биоразнообразия. Однако эти результаты также подчеркивают, как быстро сложные взаимодействия, которые развивались между местными видами на протяжении тысячелетий, могут быть утрачены в нарушенных экосистемах.
Эти новые результаты поднимают волнующие вопросы о возможности обратить вспять негативное воздействие вырубки лесов на местное биоразнообразие. В частности, растущее внимание к лесовосстановлению и экологической реставрации дает надежду на восстановление сложных экосистем, доставшихся нам в наследство.