Чтобы пересчитать количество лет, необходимых для появления нового вида птиц, достаточно пальцев одной руки.
Два новых исследования добавились к существующим данным, указывающим на то, что даже крупные птицы с большим сроком жизни могут физически и генетически адаптироваться к изменившимся условиям среды, дав начало новым видам. И всё это происходит гораздо быстрее, чем мы полагали.
В одной из работ рассказывается об изменениях, произошедших в строении общественных коршунов-слизнеедов, Rostrhamus sociabilis. Этот вид получил название от улиток — обычной добычи слизнеедов. Клювы коршунов значительно увеличились за последнее десятилетие, поскольку в ареал обитания этого вида птиц были занесены «пришлые» улитки, по размеру в пять раз превосходящие моллюсков, составлявших рацион слизнеедов. Соответствующие изменения были отмечены и в ДНК птиц.
«В природных условиях, в естественных популяциях, эволюция может «работать» очень быстро, — говорит Роберт Флетчер-младший (Robert Fletcher Jr.), биолог из Флоридского университета (University of Florida) и соавтор нового исследования, опубликованного в издании Nature Ecology & Evolution. — И это меняет наш подход к экологии».
Коршуны-слизнееды — это хищные птицы, обитающие в Центральной и Южной Америке. В США они отнесены к редким видам, поскольку встречаются только на территории Флориды. К 2010 г. в штате сохранилось всего 700 особей слизнеедов. В отличие от своих близких родичей, ястребов и орлов, охотящихся на грызунов, рыбу и мелких птиц, коршуны-слизнееды предпочитают питаться улитками. Во Флориде излюбленной добычей этих хищных птиц изначально были улитки — ампуллярии, семейства Ampullariidae.
Затем во Флориду был занесён новый вид улиток, ранее встречавшийся только в Южной Америке. Этих моллюсков — вредителей, питающихся побегами риса и других сельскохозяйственных культур, — можно было смело назвать «мясной породой». Действительно, по размеру каждая «пришлая» улитка примерно в пять раз превосходила обычную ампуллярию.
Слизнееды немедленно заинтересовались новой добычей и переселились в район, где обитали «мясные» моллюски. Однако поначалу дела пошли не очень хорошо — коршуны раз за разом пытались схватить улитку размера XXL и тут же её роняли. А через несколько лет популяция коршунов-слизнеедов увеличилась, равно как и численность птенцов, благополучно перенёсших первый год жизни.
Флетчер задался вопросом: менялись ли физические параметры птиц от поколения к поколению, дав коршунам возможность приспособиться к новой добыче.
«Никто мне не поверил, — улыбается учёный. — Они говорили: „Нет, это невозможно. Слишком быстро“».
Но когда группа исследователей под руководством Флетчера измерила размеры клювов и тел коршунов-слизнеедов в рамках другой работы, оказалось, что птицы за последние годы действительно стали крупнее. Особенно заметно — по отношению к массе тела — увеличились клювы.
Однако само по себе наблюдение изменения физических характеристик не могло считаться доказательством течения эволюционного процесса, поскольку последний — это изменение распространённости определённых генов в популяции с течением времени.
Готовые эволюционировать
Далее исследователи установили, что птенцы с крупными клювами с большей вероятностью благополучно переживали свой первый год, а это, в свою очередь, позволило предположить, что идёт естественный отбор. Кроме того, учёные обнаружили, что у птиц появилось больше вариантов генов, связанных с размером клюва, чем было до появления новых улиток.
Последнее обстоятельство могло быть обусловлено тем, что некоторые гены стимулируются определёнными условиями окружающей среды. Например, у птицы может быть генетический потенциал, позволяющий ей вырастить очень большой клюв — но только в случае, если жевательные мышцы «тренируются» поеданием крупной добычи в юном возрасте. Если же «тренировок» нет, клюв останется обычного размера. Эта скрытая генетическая вариабельность «становится инструментом, позволяющим эволюционным процессам идти быстрее, чем мы могли предположить», — говорит Флетчер.
Однако учёные всё ещё пытаются выяснить, как именно птицам удалось продемонстрировать столь значительные изменения размеров клювов за время, необходимое для смены менее чем полутора поколений.
Быстрые эволюционные процессы, занимавшие считаные десятилетия, ранее наблюдались у мелких птиц, питающихся семенами. Так случилось, например, с дарвиновыми вьюрками, Geospizinae на Галапагосских островах — в ответ на климатические изменения, а также с мексиканской чечевицей, Carpodacus mexicanus, и большой синицей, Parus major, — в результате прикармливания этих птиц человеком. Но биологи не были уверены в том, что нечто подобное может случиться с такими животными, как коршуны: хищниками, смена поколений у которых занимает более пяти лет.
По-видимому, теперь можно предположить, что «быстрая эволюция» доступна и хищным птицам, например коршунам-слизнеедам. И с точки зрения выживания вида это хорошие новости.
Вьюрки: ребрендинг
Тем временем дарвиновы вьюрки показали нам новый эволюционный фокус: сформировали новый вид всего за два поколения.
Исследователи из Принстонского университета (Princeton University) в США и шведского Уппсальского университета (швед. Uppsala universitet) зафиксировали появление на свет нового вида вьюрков на острове Дафне Майор Галапагосского архипелага. Открытие было опубликовано в Science.
История началась в 1981 г., когда молодой самец вьюрка вида Geospiza conirostris пролетел более 100 км, разделяющих острова Эспаньола и Дафне Майор. Питер (Peter) и Розмари Грант (Rosemary Grant), сотрудники Принстонского университета, заметили появление птицы, поскольку уже много лет занимались наблюдениями за галапагосскими вьюрками.
Несколько позже «пришелец» нашёл себе пару — самку вьюрка вида Geospiza fortis. Вылупившиеся птенцы отличались такой необычной песней, что не могли привлечь вьюрков ни одного из четырёх видов, гнездящихся на острове Дафне Майор. Поэтому отпрыскам смешанной пары пришлось спариваться друг с другом. «Репродуктивная изоляция» — один из очень строгих критериев, определяющих появление нового вида», — объясняет Сангит Ламичани (Sangeet Lamichhaney), сотрудник Музея сравнительной зоологии им. Луи Агассиса (The Louis Agassiz Museum of Comparative Zoology) при Гарвардском университете (Harvard University). Ламичани провёл генетический анализ, подтвердивший, что речь действительно идёт о возникновении нового вида вьюрков.
Фактически, для появления нового вида потребовалось всего пять лет — ровно столько, сколько нужно для смены двух поколений вьюрков. «Я не думаю, что раньше кто-нибудь мог хотя бы предположить, что сможет наблюдать процесс формирования вида … своими глазами».
По просьбе редакции XX2 века, сообщения о стремительном видообразовании у птиц прокомментировал старший научный сотрудник кафедры экологии и охраны природы и кафедры высших растений биологического факультета МГУ, к. б. н. Владимир Фридман:
В изначальном тексте спутаны два аспекта эволюции: развитие приспособлений и собственно появление новых видов. Да и случаи «быстрой эволюции», особенно в городах или под влиянием человека, — не редкость, а обычное дело.
Пример развития приспособлений — это ситуация, когда в городах у городских мышей и крыс появляются генетические изменения, облегчающие поедание жирной пищи, скажем, чипсов или пиццы. А вот появление новых форм, видов, — это совершенно иное явление. Появление новых видов с отбором связано лишь косвенно. Для появления новых видов нужна или географическая изоляция, или гибридогенное скрещивание.
Да и сама по себе альтернатива «новый вид» или «всего лишь гибридизация» — ложна, ибо гибридогенные виды бывают даже у млекопитающих или птиц, где это происходит реже всего.
Самый популярный, вошедший во все учебники случай гибридогенного видообразования описан в отряде хищных. Это рыжий волк Canis rufus: по данным анализа мтДНК, он возник гибридизацией волка Canis lupus с койотом Canis latrans. Некогда широко распространённый на юго-востоке США, он практически вымер в дикой природе.
Рыжий волк обладает мт-гаплотипами обоих видов. С другой стороны, другое исследование мтДНК и микросателлитов ядерной ДНК позволило обособить волков Восточной Канады под именем C. lycaon (восточный волк), сблизив их с рыжим волком вплоть до мнений о конспецифичности, и противопоставить собственно волку С. lupus, рассматриваемому как чисто палеарктическая форма. Сестринской группой по отношению к волку Восточной Канады + рыжему волку оказался койот; предполагается, что эволюция этого трио связана лишь с североамериканским континентом. В рамках данного сценария гибридогенное происхождение отдельных таксонов, понятное дело, отрицается, хотя и признаётся спорадическая гибридизация между видами.
Однако недавно выполнили генотипирование однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) у всех этих «волков» (vonHoldt et al., 2011), подтвердившее гибридогенность всех форм, но иначе расставивших акценты, «кто и с кем». Авторы проанализировали 48000 ядерных полиморфных маркёров однонуклеотидных замен у 259 особей, это самое широкомасштабное генетическое исследование дикоживущих позвоночных. Оказывается, ядерные геномы рыжего и восточного волков представляют собой комбинацию таковых серого волка и койота, но существенно отличаются по относительному вкладу обоих родительских форм. Рыжий волк — это на 75% геном койота и 25% — нашего волка, восточный волк — на 15% от койота и 85% от нашего волка. Эта пропорция весьма постоянна в разных популяциях восточного волка, за исключением алкогнинских волков из восточного Онтарио, отличающихся от прочих C. lycaon также и морфологически — там на 40% геном от койота и на 60% от волка.
Эти данные говорят об отсутствии родства восточного волка с рыжим и независимости их происхождения. Оценки временной глубины начала гибридизации, лёгшей в основу формирования обоих таксонов, составили 287—430 лет и 546—963 года соответственно. Фенотипическое своеобразие рыжего и восточного волка авторы объясняют следствием различающихся рекомбинантных сочетаний геномов родительских видов и процессом дальнейшей дифференциации в разных нишах.
Интересно, что генофонды разных популяций койота с востока США и Канады также включают в себя 2—8% генома волка С. lupus. По мнению Kays et al., 2010, именно гибридизация с волком сыграла решающую роль в беспрецедентном расселении койота на северо-восток Северной Америки в последние 90 лет. Благодаря ей северо-восточные койоты, имевшие максимальную долю генов С. lupus, приобрели целый ряд «волчьих» морфологических черт, отличающих их от западных койотов. Это увеличенные размеры тела, изменившаяся форма черепа, хорошо выраженный половой диморфизм. Благодаря этому они не только освоили обширные области, но и открыли для себя новую нишу охотников за мелкими оленями рода Odocoileus (чернохвостым и белохвостым).
Иными словами, разновозрастная гибридизация двух форм, идущая на огромной территории от южного Техаса до крайнего северо-востока США (самая протяжённая гибридная зона у позвоночных) дала целый ряд гибридогенных форм, находящихся на разных стадиях эволюционной стабилизации. Подобное характерно скорей для растений. Так, одна и та же гибридная комбинация подсолнечников Helianthus annuus × Helianthus petiolaris стала родоначальником трёх разных видов, имеющих разные рекомбинантные сочетания и населяющих различающиеся местообитания. H. anomalus освоил песчаные дюны и болотистые низины, H. deserticola пустынные равнины, H. paradoxus — солёные болота.
Что же касается гибридогенных видов у птиц, то упомянутый в тексте дарвиновский вьюрок — это фактически первый случай, когда гибриды размножаются в своей среде. У этого залетевшего самца была изменённая песня, он спарился с самкой другой формы, и пошла линия, которая запечатлевает песню родителей. Именно из-за этого группа потомков скрещивается «внутри себя». Если бы это были не певчие птицы, а, например, кулики или хищные птицы, то этого бы не произошло, потому что у них песня не выучивается, а наследуется.
Вообще, у всех видов дарвиновых вьюрков общий генофонд. Слияния с появлением новой формы на этих островах происходили уже много раз. А вот образование гибридогенного вида из видов довольно-таки отдалённых гораздо интереснее. Появление чётко гибридогенного вида из двух отдалённых видов, почти не скрещивающихся, причём вида, занимающего большой ареал, — это редкий случай. Примером такого видообразования может служить гибрид нашего домового воробья и испанского воробья, живущего в южных странах. Подробнее об этом я писал в статье, опубликованной на сайте «Социальный компас».