Голубые отделились в новый вид

Учёные нашли место, где новые виды образуются прямо на наших глазах

В африканском озере Виктория новые виды образуются буквально на глазах – своих и глазах учёных. У цихлид, обитающих на разных глубинах, отличаются окраска и цветочувствительность, что при спаривании мешает им замечать родственников «не того» цвета. Удивляет «эффект воспитания» – выращенные красными матерями голубые гибриды своей генетической голубой родне предпочитают красных сверстников.

Один из «ключевых» аргументов креационистов – отсутствие непосредственных проявлений эволюции прямо на наших глазах. К сожалению, ответить им в их собственном стиле, показав, как из детеныша обезьяны вырастает человек, пока не под силу даже генетикам. Правда, последние «компенсируют» этот свой недостаток за счет восстановления филогенетических связей и рассаживания видов и родов по ветвям древа жизни.

Экология перевернула эволюцию

Забота о природе может иногда дать совершенно неожиданный эффект. Очистка озера в США обратила вспять эволюцию одного из видов рыб, за десяток поколений вернув им признаки, от которых они избавлялись долгие годы.

Если бы Дарвин мог наблюдать перемены, происходящие в наше время в животном мире буквально за несколько десятилетий, ему, возможно, и не понадобилось бы совершать свои знаменитые путешествия. Нам предоставляется возможность увидеть эволюцию своими глазами: человечеству удалось «обратить» е всего за тридцать лет.

И виной тому, как ни странно, забота экологов и борьба за чистоту окружающей среды. Очистка озера Вашингтон на Западном побережье США в 70-х годах, обошедшаяся американцам в $140 миллионов, повернула вспять эволюцию трхиглой колюшки, обитающей как в пресных, так и в морских водах.

Морские представители этого семейства защищены гораздо лучше своих «озрных» родственников – их тела покрыты костяными чешуями для защиты от хищников на больших просторах. Пресноводные колюшки произошли от них, но за годы «разлуки» в результате естественного отбора потеряли практически всю свою броню, сделав ставку на большую подвижность.

Катрин Пейчел из Центра изучения рака имени Фреда Хатчинсона и е коллеги обратили внимание на то, что по сравнению с 50-ми годами обитательницы озера рядом с Сиэтлом – крупнейшим городом одноимнного с озером штата – вернули практически все свое обмундирование, которое у них отобрала эволюция.

Зоологи обнаружили этот феномен, собирая образцы колюшек из местных водоемов. По данным 1968 года, только 6% обитателей озера Вашингтон были хорошо бронированы, в то время как у 78% было меньше 12 пластинок.

В 2005 году уже 49 рыбок из 100 стали полностью бронированными, 35 были частично покрыты пластинками, лишь 12 попали в категорию «беззащитных».

Сначала исследователи решили, что тому виной канал, соединяющий озеро с тихоокеанским заливом Пьюджет-Саунд и вырытый еще в начале прошлого века. В 70-х годах его усилили пропускником для рыб с целью улучшить миграцию лососевых. Этот канал «разбавил» речных колюшек морскими, из-за чего средняя «броненосность» рыб могла повыситься, подумали учные.

Однако генетика утверждает, что вс куда интереснее: анализ ДНК обитателей озера показал, что хотя небольшая миграция из залива имела место, е никак не достаточно для объяснения наблюдаемого феномена.

Предложенная авторами работы, опубликованной в Current Biology, гипотеза обратной эволюции поначалу может показаться странной, но она хорошо объясняет вс произошедшее.

Очистка озера, в которое ежедневно сбрасывали тонны отходов, сделала воду чище, а вместе с ней убрала мутную взвесь, скрывающую мелких рыбешек от хищников. Миллионы лет назад мутная взвесь мелких водоемов уже сыграла важную роль в эволюции – именно благодаря ей главным органом чувств пресноводных рыб стало обоняние, которому мы обязаны развитыми большими полушариями.

На этот раз сработала классическая модель «хищник–жертва», на которой легко прослеживается естественный отбор, – более приспособленная жертва выживает, в то время как медленная или плохо защищенная становится добычей. Так и произошло в Вашингтоне: если в мутной воде рыбки могли пожертвовать ресурсами, необходимыми для отращивания защитных пластинок, то в очищенном водоме их слишком хорошо видела форель, уничтожавшая, в первую очередь, не защищнных бронй особей.

И хотя вся эта история выглядит очень ясной и стройной и даже подтверждена генетически, неясно, что представлял собой водом до середины прошлого века. Ученые не могут точно сказать, когда он стал настолько грязным и как выглядело большинство рыб в начале века.

В любом случае учным удалось показать, и как загрязнение сказывается на рыбах, и как забота об окружающей среде способна эти изменения обратить. Выясняется, что для такого обращения достаточно лишь нескольких десятков лет – а это всего десяток поколений рыбки, живущей 3–4 года.

Анатомические же исследования, благодаря которым теория эволюции вообще появилась на свет, постепенно отходят на второй план. Сравнением костей и черепов приходится довольствоваться только палеонтологам, ведь перспективы вычленения последовательности ДНК из окаменелости или отпечатка пока весьма туманны.

Ихтиологи Оле Зеехаузен, Норихиро Окада и их коллеги, судя по их публикации в Nature, несколько другого мнения о роли традиционной биологии в развитии современной теории эволюции.

Им удалось пронаблюдать процесс видообразования в сообществе небольших рыбок-цихлид.

В отличие от генетиков, работающих с пробирками в абсолютно чистой лаборатории, Окада и его коллеги отправились в Африку к озеру Виктория, где обитают сотни разнообразных видов рыбок семейства цихловых, из-за своей красоты нередко становящихся достоянием аквариумистов.

Эволюционистов эстетическая составляющая цихлид Pundamilia pundamilia тоже интересовала, но по другим причинам: самцы двух очень похожих видов имеют разную окраску чешуи — красную и синюю. На этом отличия не заканчиваются – рыбки ведут себя по-разному и обитают в разных уголках и на разных глубинах.

Ученые считают, что это одни из самых быстро эволюционирующих представителей фауны.

Большинство из населяющих озеро полутысячи видов могли появиться за последние 20–30 тысяч лет.

Причины такого разнообразия до сих пор окончательно не ясны. Это можно было бы объяснить какими-то географическими барьерами или различиями в среде обитания, но все рыбки живут друг рядом с другом, только на разной глубине.

Зрительные пигменты

структурно-функциональная единица светочувствительной мембраны фоторецепторов сетчатки глаза – палочек и колбочек. В зрительных пигментах осуществляется первый этап зрительного восприятия – поглощение квантов видимого света.

Молекула пигмента (молярная масса около 40 000) состоит из хромофора, поглощающего свет, и опсина – комплекса белка и фосфолипидов. Хромофором всех зрительных пигментов служит альдегид витамина A₁ или A₂ – ретиналь или 3-дегидроретиналь.

Два вида опсина (палочковый и колбочковый) и два вида ретиналя, соединяясь попарно, образуют четыре вида зрительных пигментов, различающихся по спектру поглощения: родопсин (самый распространнный палочковый пигмент), или зрительный пурпур (максимум поглощения 500 нм), иодопсин (562 нм), порфиропсин (522 нм) и цианопсин (620 нм).

Первичное фотохимическое звено в механизме зрения состоит в фотоизомеризации ретиналя, который под действием света меняет изогнутую конфигурацию на плоскую. За этой реакцией следует цепь темновых процессов, приводящих к возникновению зрительного рецепторного сигнала, который затем синаптически передатся следующим нервным элементам сетчатки – биполярным и горизонтальным клеткам.

Последнее, судя по всему, и сыграло ключевую роль в появлении новых видов. Ведь для того чтобы лучше видеть добычу в темноте, сетчатка рыбьего глаза должна быть очень чувствительной.

В соответствующих клетках за это отвечает пигмент опсин, легко возбуждаемый фотонами света определенной длины волны. Человеческий глаз наиболее чувствителен к колебаниям с длиной волны около 555 нм, поскольку именно его больше всего в солнечном свете, прошедшем через атмосферу Земли. А вот в глубинах африканских вод ситуация иная: чем глубже, тем более синим становится освещение — красный свет хуже проникает через толщу воды; влияет и индивидуальная прозрачность воды в каждом месте.

Как показали Окада и коллеги, цихлиды приспособились и к этому, разнообразив состав опсинов в своей сетчатке. С течением времени популяции разделились, сохранив лишь единство в парах «опсин-окраска чешуи». То есть глаза красных рыб чувствительней к красному свету, а синих – к синему.

Выбирая пару, самки просто не замечают самцов другого цвета.

Всего таких цветовых видов насчиталось пять.

Цихлиды – заботливые родители

Эти рыбы привлекают к себе внимание необычным поведением, яркостью окраски, разнообразием форм и более высоким в сравнении с другими рыбами «интеллектом». Географически их можно разделить на три большие группы: цихлиды Центральной Америки, африканские, южноамериканские.

В природе они обитают на участках рек со слабым течением, в озерах и водохранилищах с хорошим кислородным и устойчивым общим гидрохимическим режимами. Держатся преимущественно на плотных грунтах (песчаные, каменистые и т.п.). Излюбленная пища для 60% цихлид – корм животного происхождения (низшие ракообразные, насекомые и их личинки, молодь рыб и т. п.). Но есть и вегетарианцы, моллюскоеды и прочие.

Все цихлиды заботятся о потомстве. Одни из них вынашивают икру и личинок во рту, другие откладывают на субстрат, тщательно охраняя кладку и молодь, третьи комбинируют оба способа. Внутренняя инкубация (во рту) длится обычно 14-40 дней, после чего мальки начинают самостоятельно плавать и питаться мельчайшим планктоном.

Но даже при таком детальном анализе природа оставила за собой право на небольшие секреты. Все указанные виды могут спариваться между собой и давать способное к размножению потомство. Но у гибридов вступает в игру нечто, похожее на эффект «воспитания», – благо, цихлиды знамениты своей трогательной заботой о потомстве.

И если у красных матерей рождались голубые потомки, то даже на большой глубине, при оптимальном для себя освещении, они предпочитали спариваться с красными сверстниками или сверстницами (кому что положено), а не с голубыми генетическими родственниками.

Возможно, следующая экспедиция поможет выяснить, как такое поведение возникает, а пока ученые могут сосредоточиться на выведении потомства от привезенных с собой экземпляров.