Yksi evoluution pääprosesseista - luonnollinen valinta - on avautumassa aivan silmämme edessä. Viimeisen puolen vuosisadan aikana maapallon alueelle on ilmestynyt hyönteisiä, jotka eivät pelkää torjunta-aineita, hiiriä, jotka eivät ole myrkyllisiä myrkkyille, ja bakteereja, jotka ovat resistenttejä antibiooteille. Kuka ja miten mukautuu haitallisiin olosuhteisiin.
Hurrikaani selviytyjät
Kesällä 2017 Harvardin yliopiston tutkijoiden ryhmä havaitsi Länsi-Intian Turks- ja Caicossaarilla asuvien pienten liskojen, Anolis scriptus, populaatiot. Neljä päivää retkikunnan päättymisen jälkeen hurrikaanit Irma ja Maria osuivat saaristoon. Kuusi viikkoa myöhemmin biologit palasivat sinne kerätäkseen tietoja uudelleen.
Kävi ilmi, että luonnonkatastrofin jälkeen liskoja muuttuivat huomattavasti - eloonjääneet varpaat olivat keskimäärin pidempiä, eturaajat olivat suurempia, vartalo lyhyempi ja reisiluut pienemmät. Tutkijat ovat ehdottaneet, että nämä merkit auttoivat matelijoita selviämään hurrikaanista, ja nyt he saavat jalansijan seuraavilla saarilla asuvien Anolis scriptus -sukupolvien aikana.
Hurrikaanien jälkeen Irma ja "Maria" vuonna 2017 Länsi-Intian saarilla asuvien Anolis scriptus-liskojen ulkonäkö on muuttunut - eloonjääneissä eläimissä käpälien varpaat olivat keskimäärin pidempiä, eturaajat olivat suurempia, vartalon pituus lyhyempi / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Keinotekoinen kehitys
Mainosvideo:
Joten raivoavien elementtien ansiosta tutkijat havaitsivat ensimmäistä kertaa luonnollisen valinnan luonnossa. Tätä ennen elävien organismien sopeutumisprosesseja muuttuviin ympäristöolosuhteisiin ja spesifikaatioihin simuloitiin keinotekoisesti laboratorioissa.
Useimmin bakteereista tuli tutkimuksen kohde - ne moninkertaistuvat riittävän nopeasti ja niiden genomit ovat pienikokoisia, mikä tekee mahdolliseksi tutkia prosesseja suhteellisen lyhyessä ajassa, jotka kestävät tuhansia vuosia monimutkaisemmissa organismeissa. Kuuluisimman kokeen, joka alkoi vuonna 1988 ja jatkuu tähän päivään asti, lavasti Michiganin yliopiston tutkijoiden ryhmä, jota johtaa evoluutiobiologi Richard Lensky.
Helmikuussa 1988 tutkijat loivat kaksitoista populaatiota yhdestä Escherichia coli (E. coli) -kannasta ja asettivat ne keinotekoiseen ympäristöön, jossa glukoosi oli ainoa ravintolähde. Lisäksi liuoksessa oli sitraattia, mutta E. coli ei voinut ruokkia siitä.
Kaksitoista E. coli -bakteerikantaa, jotka tutkijat ovat havainneet 30 vuoden ajan. Kuva: Brian Baer ja Neerja Hajela.
Kolmenkymmenen vuoden ajan (yli 68 tuhatta Escherichia colin sukupolvea on muuttunut), bakteerit kaikissa populaatioissa ovat kasvaneet ja oppineet paremmin absorboimaan ravinteita, sitraatti mukaan lukien. Mutaatiot, jotka antoivat E. colin sopeutua ympäristöönsä, olivat erilaisia kaikissa populaatioissa, mutta ne tapahtuivat samoissa geeneissä - kukin bakteeriyhteisö yritti löytää oman polunsa evoluutiossa.
Vahvemmat hampaat, isommat päät
Joskus monimutkaiset organismit mukautuvat ympäristöolosuhteisiin ei vuosituhansia, vaan paljon nopeammin. Esimerkiksi Adrianmeren saarilla asuva seinälisko Podarcis sicula on muuttanut pään kokoa, pään muotoa ja ruuansulatuskanavan rakennetta vain 36 vuodessa, vaikka geneettisesti ne ovat edelleen erotettavissa muualla elävistä sukulaisista.
Vuonna 1971 tutkijat kuljettivat viisi paria aikuisia Podarcis siculaa Pod Kopiste -saarelta naapurimaihin sijaitsevaan Pod Markaruun. Uuden paikan olosuhteet muistuttivat tavanomaista elinympäristöä, mutta maalla sijaitsevia saalistajia ei käytännössä ollut, ja kolmenkymmenen vuoden kuluttua koko saarelle levinneet matelijat olivat ulkoisesti erilaisia kuin Pod Kopistin sukulaiset.
Pod Markarun saarelle siirretyn seinäliskon (Podarcis siculus) ulkonäkö muuttui: se suurentyi, takaraajat lyhenivät ja ruuansulatusventtiili Kurt W. Becker / Lucertola campestre a caccia ilmestyi maha-suolikanavaan.
Asettuneiden liskojen koko kasvoi, alkoi ajaa hitaammin (niiden takaraajat olivat lyhentyneet), päänsä näyttivät massiivisempia ja hampaat vahvemmat, koska Pod Markarulla heidän piti ruokkia pääasiassa kovia ja kuitumaisia kasveja eikä hyönteisiä, kuten aiemmin. Eläinten ruokavalion muutosten vuoksi myös maha-suolikanavassa on ilmestynyt uusi rakenne - ileocecal-venttiili, joka muodostaa eräänlaisia käymiskammioita suolistossa, jossa mikrobit hajottavat vaikeasti sulavat kasvisruoan osat.
Saaren elämä tekee sinusta viisaampaa
Yleensä saarieläimet kiinnostavat yleensä tutkijoita enemmän kuin heidän manner-serkkunsa - saarilla evoluutio on nopeampaa. Suuret eläimet eristyneinä pienenevät, pienet päinvastoin muuttuvat valtaviksi, ja joskus hyvin lyhyessä ajassa.
Elämä saarilla tarjoaa joskus melko odottamattomia etuja. Kuten kansainvälinen tutkijaryhmä sai selville, tutkittuaan 1931-lajiin kuuluvien yksitoista ja puoli tuhatta lintujen aivojen kokoa koskevat tiedot, saaren lintujen aivot ovat suurempia kuin mantereella olevien sukulaisten, ja tämä on evoluution seurausta.
Uusi Caledonian Raven tekee "valuutan" automaatista. Kuva: Jelbert et al. / Tieteelliset raportit 2018.
Saaren elinolot ovat vähemmän ennustettavissa, ja jos tilanne huononee, on vaikeampi muuttaa toiseen paikkaan kuin mantereelle. Siksi iso aivot, jotka kykenevät monimutkaisempaan adaptiiviseen käyttäytymiseen, ovat evoluutioetu. Nämä löydökset tukevat havainnointia Uusi-Kaledonian korvasta (Corvus moneduloides), joka pystyy käyttämään työkaluja ja luomaan ne muistista, sekä tikkapuulle (Camarhynchus pallidus), joka pystyy käyttämään työkaluja ja jopa käsittelemään niitä.
Hiiret, joita ei voida myrkyttää
Epäsuotuisat elinolosuhteet pakottavat mannermaan eläimet kehittymään nopeasti. Tämä tapahtui tavallisten talohiirien kanssa. 1950-luvulta lähtien heidät on myrkytetty varfariinimyrkkyillä - joitain tälle torjunta-aineelle vastustuskykyisiä yksilöitä löytyi jo vuonna 1964, ja vuoteen 2011 mennessä tutkijat kuvasivat kotihiirien (Mus musculus domesticus) populaatiota, jossa varfariini ei toimi ollenkaan.
Tällainen nopea sopeutuminen (60-70 vuotta ei ole mitään evoluutiostandardien mukaan) johtui näiden jyrsijöiden uskomattoman nopeasta lisääntymisestä. Kuten saksalaiset tutkijat huomauttavat, myrkyllisyys on seurausta vkorc1-geenin mutaatiosta, jota esiintyy kaikkien nisäkkäiden genomissa ja joka vastaa K-vitamiinin toiminnasta.
Henkilön jatkuvat yritykset tuhota tietyt tuholaiset ja loiset, yleensä, menevät sivuttain. Se, että halutaan tappaa tappavat infektiot, on johtanut antibioottiresistenttien superbugien syntyyn, ja halu suojata kasveja hyönteisiltä on johtanut torjunta-aineille vastustuskykyisten eläinten leviämiseen. Viimeisen puolen vuosisadan aikana on todettu yli kaksi ja puoli hyönteisten tuholaisten sopeutumista erilaisiin myrkkyihin.
Alfiya Enikeeva