Повторяется ли (естественная) история?

Головокружительное разнообразие биологических форм жизни, которые мы видим сегодня, является результатом естественного отбора и эволюции, но что это значит? Естественный отбор — это процесс, посредством которого окружающая среда отдает предпочтение определенным признакам по сравнению с другими, а отбор в течение продолжительных периодов времени — это то, что ведет к эволюции.

Если бы у нас была та же среда и тот же набор организмов, привел бы естественный отбор к тем же эволюционным результатам? Изучив, что именно представляет собой естественный отбор, и рассмотрев природный эксперимент островных организмов, мы сможем немного приблизиться к ответу на эти вопросы.

Как окружающая среда влияет на эволюцию?

Многие из нас слышали термин “естественный отбор”, но что он означает на самом деле?

Он подразумевает некий активный выбор со стороны окружающей среды или природы, но многое в нем случайно, а еще большее – случайно.

Ни один организм не развивается для того, чтобы что-то делать. Каждая популяция – это нагромождение признаков, и каждый признак кодируется рядом генов. Некоторые черты благоприятны, а некоторые – нет. Когда какой-либо признак позволяет организму чуть лучше выживать в окружающей среде, он с большей вероятностью будет размножаться, а значит, распространять гены этого конкретного признака.

Со временем эти изменения накапливаются, в результате чего организмы выглядят и ведут себя по-разному, или даже образуют различные виды.

Деструктивный отбор благоприятствует двум крайностям в популяции: длинной и короткой. Со временем промежуточные особи, средней длины, получают меньше шансов распространить свои гены, и поэтому их частота уменьшается. Стабилизирующий отбор – это противоположная ситуация, когда окружающая среда не благоприятствует крайностям.

Направленный отбор – это когда одна крайняя точка в распределении признаков, длинная или короткая, благоприятствуется, подталкивая всю популяцию в этом направлении.

Определяет ли естественный отбор эволюцию?

При рассмотрении естественного отбора нам необходимо помнить о двух ключевых моментах.

Первое – это генетический дрейф.

В природе часто происходят странные события. Вулканы, землетрясения и наводнения регулярно убивают членов популяции без разбора. Такие события называются “узким местом”, когда катастрофа значительно сокращает численность популяции. Оставшиеся члены популяции обладают лишь небольшим количеством генов, поэтому в популяции после “узкого места” вполне могут отсутствовать гены, которые в противном случае были бы благоприятными.

Генетический дрейф происходит после события “узкого места”, что приводит к потере общего количества генов в генофонде.

Опять же, естественный отбор может действовать только на то, что существует.

Описание изображения: на рисунке показана фотография генетического дрейфа, когда большое количество коричневых жуков внезапно погибает. Поколение после события “узкого места” (рисунок в крайней правой четвертой части) будет иметь гораздо большее количество красных насекомых, чем черных. Именно этот рисунок нам и нужен.

Вторая важная идея, которую необходимо запомнить, заключается в том, что не все признаки, которые мы видим, являются результатом отбора. Многие признаки вообще не влияют на приспособленность данного организма и наследуются наряду с теми, которые влияют. В основополагающей работе под названием “Эспандеры Сан-Марко” критикуется идея о том, что все является результатом адаптации.

Аналогичным образом, многие признаки являются эспандерами. Это означает, что они случайны… возможно, прекрасны, но в конечном итоге случайны.

До сих пор мы рассматривали только то, что означает естественный отбор между окружающей средой и одним видом, но виды также взаимодействуют друг с другом. Существует жесткая конкуренция за ресурсы, и каждый организм нуждается в различных ресурсах. Это приводит к идее “ниш”.

Вся экосистема заполнена бесчисленными нишами, или возможностями, которые вид или группа видов может занять. Идея заполнения ниш известна как адаптивное излучение.

Если у нас есть определенная экосистема с определенным количеством ниш, будут ли они заняты одинаково? Представьте себе гигантский эволюционный эксперимент с тысячами одинаковых сред и одинаковыми начальными организмами. Будут ли все они эволюционировать одинаково, только потому, что среда одна и та же? Или же случайность и дрейф возьмут верх и поведут каждую систему в другом направлении? Неужели наша эволюционная судьба и судьба всех окружающих нас видов уже предопределена средой, в которой мы находимся?

Острова предлагают нам замену такому гигантскому эволюционному эксперименту. Каждый остров в пределах определенного региона – это почти как отдельный, самостоятельный и идентичный эксперимент. Изучение жизни на каждом острове дает нам подсказки для ответа на вопрос, всегда ли результат эволюции одинаков.

Наш эксперимент начинается с четырех островов Больших Антильских островов: Ямайке, Пуэрто-Рико, Испаньоле и Кубе. Ящерицы Anolis – это род из десятков ящериц, которые занимают разнообразные экосистемы. Исследователи изучили 55 ящериц на этих четырех островах. Изучив места обитания этих ящериц и сами экосистемы, они классифицировали 6 экоморфов ящериц:

• Кроновые гигантские ящерицы, живущие в кронах деревьев
• ящерицы травянистых кустов
• Ящерицы, обитающие в стволах деревьев
• Ящерицы, обитающие между стволом и кроной деревьев
• Ящерицы между стволом и землей
• Ящерицы, обитающие на ветках и сучьях

Экоморф – это “вид с одинаковой структурной средой обитания/нишей, схожий по морфологии и поведению, но не обязательно близкий филетически”, как определил Эрнест Эдвард Уильямс в 1972 году.

Представьте, что на каждом острове есть 6 потенциальных ниш для ящериц одного рода. Если оставить их в покое на миллионы лет, сформируется ли один и тот же вид? Или они сначала разделятся на 6 групп, а затем проложат свой путь через каждый остров?

Хотя все ящерицы на каждом острове имели одного общего предка, произошло нечто поистине невероятное. На каждом острове развивались точно такие же группы ящериц, аккуратно разделенные на те же шесть групп. Интересно, что ящерицы с двух разных островов были более похожи друг на друга, чем ящерицы с одного острова, обитающие в кустах травы и на стволах деревьев.

Четыре раза эволюция повторялась. Четыре раза была рассказана одна и та же история, рассказанная окружающей средой… Но почему это произошло?

Первое возможное объяснение заключается в том, что не было случаев генетического дрейфа. Похоже, так оно и есть, поскольку генетический анализ ящериц Anolis показал, что ни одна из них не прошла через “узкое место”. Это означает, что естественный отбор имел одинаковый материал для воздействия на всех четырех островах.

Следующее возможное объяснение заключается в том, что морфологические адаптации этих ящериц были ограничены. Это означает, что существовало только столько вариантов типов тела и ниш, которые эти ящерицы могли занять. Однако, похоже, что это не так. На больших островах с гористой местностью эволюционировали ящерицы Anolis совершенно разных экоморф и морфологий.

Почему повторилась естественная история, когда все, что мы видим вокруг себя, — это поразительное разнообразие форм жизни?

Казалось, что произошло поразительное отсутствие случайности, что крайне необычно для биологических систем. Каждая среда на каждом из островов Больших Антильских островов, казалось, оказывала одинаковое давление на своих ящериц. Похоже, что дрейфа генов также не было, поэтому естественный отбор каждый раз воздействовал на один и тот же набор генов. Эволюция может действовать загадочным и непредсказуемым образом, но вполне возможно, что без генетического дрейфа и с теми же начальными условиями алгоритм естественного отбора, по-видимому, придет к тому же ответу. Естественная история действительно повторяется… если условия подходящие!