Изменение климата могло «ускорить» эволюцию
Ученые из Германии считают, что изменения окружающей среды могли привести к появлению устойчивых гибридов, что повышает вероятность того, что периоды изменения климата могут ускорить эволюцию.
28 апреля 2015 г.
Дэмиен Пирс
Бурный плейстоценовый климат привел к многочисленным миграциям, локальному вымиранию и замещению. Североамериканские мамонты пересекли Берингов пролив и заменили аборигенов Сибири, прежде чем попасть в Европу. Изображение: Shutterstock/Catmando.
Однако изменение климата также приводит к крупномасштабным вымираниям, потому что окружающая среда меняется слишком быстро, чтобы виды могли адаптироваться. Поскольку нынешний климат меняется очень быстро, исследователи не ожидают увидеть в будущем такую же эволюционную адаптацию, которая происходила в прошлом.
В рамках проекта GENEFLOW, финансируемого ЕС, изучались окаменелости животных, живших в период плейстоцена, который длился от 2,5 миллионов лет до 12 000 лет назад и был отмечен частыми сдвигами между ледниковыми и межледниковыми периодами.
Из-за меняющихся климатических условий животные часто мигрировали между севером и югом, что позволяло исследователям изучать поток генов — степень, в которой гены передаются от одного вида или популяции к другому при смешении животных.
«Мы изучаем древнюю ДНК в костях таких видов, как пещерные медведи, мамонты, вымершие слоны, волки, гиены, рыси или серые киты», — сказал профессор Михаэль Хофрейтер из Потсдамского университета в Германии, главный исследователь GENEFLOW. . «Вопрос в том, как виды адаптируются к изменениям окружающей среды и миграции?»
Необычно то, что команда профессора Хофрайтера сосредоточилась на ДНК в клеточном ядре, которая передается как по женской, так и по мужской линии. Обычно исследователи обращают внимание на так называемую митохондриальную ДНК, которая находится в теле клетки и передается из поколения в поколение только через матерей. Это выгодно при рассмотрении потока генов между мигрирующими животными, потому что самцы животных, как правило, более мобильны.
Это позволило команде определить полные геномы — полный набор ДНК организма — вымерших видов и увидеть, как эти геномы изменились с течением времени в разных местах, проливая свет на то, как изменение климата влияет на биоразнообразие.
“
«Нынешнее изменение климата, вызванное деятельностью человека, не приведет к аналогичному обширному смешению и адаптации популяций».
Проф. Эева Фурман, Финский институт окружающей среды
Между видами
Первые основные результаты пятилетнего проекта GENEFLOW должны быть опубликованы в течение шести месяцев. Тем не менее, профессор Хофрейтер сообщил: «Мы обнаружили, что поток генов намного больше, чем мы предполагали… Есть свидетельства большого потока генов между отдельными популяциями. Есть также свидетельства потока генов между видами».
Поток генов делает существ более устойчивыми к изменению климата. «У вас есть популяции, которые живут больше на юге или больше на севере», — сказал профессор Хофрейтер. Геномы этих популяций будут по-разному адаптированы к местной среде.
«Поэтому, если и когда климат изменится, если станет теплее, будет полезно, если у вас будет поток генов с юга, чтобы сохранить популяцию.
«По сути, эволюция ускоряется».
Профессор Хофрейтер указывает на современные примеры, когда виды скрещивались с выгодными результатами для гибрида. Например, многие европейские домашние мыши теперь устойчивы к яду варфарину благодаря скрещиванию со своими алжирскими сверстниками.
Варфарин действует, вмешиваясь в процесс свертывания крови, то есть раны продолжают кровоточить. Однако, когда виды были объединены людьми, алжирская мышь передала версию гена VKORC1, блокирующего ядовитые эффекты.
Часто гибриды страдают от физических проблем, ограничивающих выживаемость, но в данном случае преимущества для мышей перевешивают недостатки.
Кожа, волосы и ногти
Другой пример потока генов — между неандертальцами и людьми, при этом считается, что некоторые люди несут 2% ДНК своих архаичных родственников. Считается, что неандертальские гены помогают в производстве кератина, белка, используемого в коже, волосах и ногтях, а также в укреплении иммунной системы.
«Точно так же белые медведи должны были пережить несколько межледниковых периодов — возможно, у бурых медведей был поток генов», — сказал профессор Хофрайтер. «Мы должны помнить, что 130 000 лет назад было так тепло, что в некоторых частях Северного Йоркшира водились слоны и бегемоты».
Он показывает, что вместо того, чтобы иметь фиксированные характеристики, вид следует рассматривать как нечто, меняющееся в зависимости от условий.
«Главная идея заключается в том, что мы должны рассматривать виды как динамические сущности», — сказал профессор Хофрейтер. «Вместо того, чтобы виды умирали при изменении климата, когда становится жарко, они будут развиваться путем гибридизации».
Профессор Эева Фурман из Финского института окружающей среды координирует финансируемый ЕС проект OpenNESS, в рамках которого изучается, как можно защитить экосистемы и природные активы в условиях таких факторов, как изменение климата.
Она говорит, что, хотя крупномасштабные перемещения животных во время плейстоцена могли увеличить поток генов между популяциями и были полезны для адаптации, она не ожидает, что то же самое произойдет в будущем.
«Нынешнее изменение климата, вызванное деятельностью человека, не приведет к аналогичному обширному смешению и адаптации популяций, отчасти потому, что перемещения большинства видов сильно затруднены в ландшафтах, где доминирует человек, а отчасти потому, что нынешнее потепление климата чрезвычайно быстрое по сравнению с плейстоценовыми колебаниями климата. ,' она сказала.
«Многие исследования показывают, что негативные последствия изменения климата будут доминировать и увеличивать угрозу для популяций, видов и экосистемных услуг».
