Изменение климата может ускорить эволюцию, что передается на несколько поколений

Фото из открытых источников

Когда плодовые мушки подвергаются температурному шоку, реакции регуляции генов, являющиеся частью их адаптации, могут передаваться по меньшей мере четырем поколениям потомков, даже если температура стабилизируется. Исследователи, обнаружившие эту закономерность, считают, что она, вероятно, применима и к другим животным. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.

Изменения в условиях окружающей среды всегда благоприятствуют членам популяции, обладающим генами, приспособленными к новым условиям, и устойчивость к жаре не является исключением. Эти гены затем с большей вероятностью передаются следующему поколению, что является классическим примером пересечения открытий Дарвина и Менделя. Однако адаптация может происходить и быстрее, когда эпигенетика способствует экспрессии генов, которые теперь полезны, и подавляет те, которые больше не соответствуют условиям.

Чтобы изучить, как эти общие принципы проявляются на практике в более жарком климате, в Финляндии и Испании были собраны самки плодовых мушек Drosophila melanogaster, чтобы приучить их к совершенно разным климатическим условиям. Исследователи подвергли своих подопытных тепловому шоку в лаборатории и изучили последствия для их генетики, долю яиц, достигших зрелости, и продолжительность развития потомства.

Известно, что все живые организмы после воздействия экстремально высоких температур вырабатывают молекулы, известные как белки теплового шока (Hsp), поэтому повышение уровня этих молекул было ожидаемым. Однако гены, ответственные за это, довольно разнообразны, и исследователи хотели получить более детальное представление о том, как отреагируют тела мух.

У обеих популяций были обнаружены гены, которые помогают лучше справляться с высокими температурами после теплового шока, но у испанских мух реакция была более упорядоченной и эффективной. У финских мух были выявлены потенциально полезные гены, но менее эффективным способом – как у человека, который никогда не сталкивался с экстремальной жарой и читал советы вроде «пейте воду», но не знает, сколько именно нужно пить.

Яйца, отложенные в течение двух дней после теплового шока, имели меньшую вероятность жизнеспособности и быстрее достигали взрослого состояния, однако в засушливой зоне яйца мух, отложенные позже, также развивались быстрее. Авторы считают, что это может быть эволюционно выработанной реакцией, позволяющей быстро передвигаться до возвращения жары.

Мухи достигают зрелости и размножаются настолько быстро, что команда смогла отслеживать потомков тех, кто подвергался воздействию тепла, на протяжении поколений и сравнивать их с контрольной группой. Каждое последующее поколение демонстрировало меньше генетических различий по сравнению с контрольной группой, чем предыдущие, поскольку воздействие тепла не повторялось, но различия сохранялись в отношении экспрессии 23 генов. 

Эти долговременные последствия были более выраженными у мух испанского происхождения, которые продолжали развиваться быстрее четыре поколения спустя, предположительно потому, что это оказалось эффективной реакцией на тепловые шоки, с которыми финны не сталкивались.

Если единичный шок, произошедший несколько поколений назад, мог привести к таким различиям у далеких потомков, то повторяющиеся события, связанные с более теплым миром, вполне могут вызвать быструю эволюцию. В конечном итоге, тем, кто пережил больше таких шоков, может быть трудно скрещиваться со своими сородичами из более стабильного климата.

Учитывая, что результаты различались даже внутри одного вида, работа не позволяет предсказать, как конкретное животное, особенно позвоночное с таким разным происхождением, отреагирует на более жаркий мир. Тем не менее, ведущий автор, доктор Эван Харни из Ливерпульского университета, считает, что из этого можно извлечь уроки. Выявив конкретные гены, экспрессия которых осталась измененной, и механизмы некоторых изменений, команда предоставила исследователям, изучающим других животных, потенциальные объекты для исследований.

«Наблюдаемые нами трансгенерационные эффекты в экспрессии генов и времени развития демонстрируют, что стресс может не только способствовать отбору лучше адаптированных мух, но и способствовать эволюции», — говорится в заявлении Харни. «Понимание того, почему одни варианты генов могут лучше реагировать на трансгенерационные изменения, чем другие, может иметь важное значение для выявления популяций, находящихся под угрозой исчезновения, по мере того, как климат Земли продолжает меняться».