Занадто швидка адаптація до нових умов може завести в «еволюційну пастку»

Занадто швидка адаптація до нових умов може завести в «еволюційну пастку»

Багаторічні спостереження за популяцією метеликів на ізольованій гірській галявині дозволили описати новий тип «еволюційної пастки»: в неї може потрапити популяція диких тварин, занадто швидко адаптуючись до наслідків діяльності людини. Дослідження показало, як здатність швидко пристосовуватись до антропогенних змін середовища завела метеликів у глухий кут, оскільки людина змінює середовище швидше, ніж змінюються найшвидші в плані еволюції тварини.

Зміни середовища, викликані діяльністю людини, ставлять перед живими істотами складні еволюційні завдання. Нерідко в нових умовах старі адаптації, вироблені за мільйони років еволюції, виявляються згубними. В таких випадках говорять про «екологічні пастки» або «еволюційні пастки». Наприклад, після того як в Австралію для боротьби зі шкідниками завезли отруйних жаб Bufo marinus, під загрозою вимирання опинились місцеві популяції варанів: давні мисливські інстинкти підказували цим хижакам, що нові жаби — чудова здобич. Інший приклад — одноденки, які знаходять придатні для відкладання яєць водойми за поляризованим відбитим світлом і іноді приймають за воду асфальт, який поляризує відбите світло приблизно таким же чином. Вважається, що якщо популяція, яка потрапила в таку пастку, не вимре повністю, то з часом вона пристосується до нових умов, або навчившись не використовувати неналежний ресурс, або виробивши стійкість до його шкідливих ефектів.

Нова стаття спеціалістів з еволюційної екології Майкла Сінгера та Камілли Пармезан, опублікована в журналі Nature, показує, що тварини можуть опинитись у згубній пастці не лише через те, що вони недостатньо швидко підлаштовуються до мінливих умов, а й навпаки, через занадто швидку та успішну адаптацію. Сінгер і його колеги більше 30 років спостерігали за ізольованою популяцією метелика Euphydryas editha на оточеному лісом лузі в горах Невади. Власник галявини, фермер на ім'я Гаррі Шнайдер, пас на ньому корів. Розселювальна здатність у метеликів E. editha дуже низька. Зазвичай вони не відлітають від місця свого народження далі, ніж на пару кілометрів. Відстань до найближчої сусідньої популяції — близько 40 км. Тому метелики з галявини Шнайдера жили практично в повній ізоляції. Розмножуються вони один раз на рік. Молоді гусениці живуть великими групами і обплітають стебла рослин павутиною, що полегшує їх пошук і облік.

Кормова рослина гусениць E. editha — колінзія Collinsia parviflora. Випас худоби призвів до поширення на галявині Шнайдера (як і в багатьох інших місцях на заході США) завезеного зі Старого Світу подорожника Plantago lanceolata. Метелики почали відкладати яйця на нову рослину, і раптом виявилось, що вона навіть краще підходить для розвитку гусениць, ніж колінзія. Справа в тому, що колінзія — однорічна рослина, яка починає старіти і в'янути раніше, ніж більшість гусениць встигає завершити свій розвиток. Тому багато гусениць гине від голоду, так і не ставши лялечками. Подорожник, навпаки, рослина багаторічна. Він не так швидко в'яне, і, хоча гусениці на ньому ростуть повільніше, ніж на колінзії, їх здатність до виживання зрештою виявляється набагато вищою.

Раніше автори детально вивчили взаємини між гусеницями і рослинами, намагаючись зрозуміти, чому метелики не адаптувались до швидкого в'янення своєї кормової рослини. Адже вони, здавалося б, могли це зробити, просто прискоривши власний розвиток, тобто раніше перетворюючись на лялечки. Вчені дійшли висновку, що причина в «еволюційному компромісі» між виживанням гусениць і плодючістю дорослих метеликів. Якщо гусениця стане лялечкою раніше, вона не встигне набрати достатню масу. Метелик, що вийде з такої лялечки, буде хирлявим і відкладе менше яєць. Ймовірно, для E. editha висока плодючість виявилась важливішою, ніж виживання личинок. Молоді самки цього виду настільки масивні, що навіть літають насилу, поки не відкладуть перші порції яєць. Тому поява нової кормової рослини, на якій гусениці можуть розвиватись довше, не ризикуючи загинути голодною смертю, стала для метеликів справжнім подарунком. Вони ж не знали, що цей подарунок у них скоро відберуть.

Починаючи з 1980-х років Сінгер і його колеги рік за роком спостерігали, як метелики на лузі Шнайдера стрімко (за еволюційними мірками) переходять з колінзії на подорожник. Спочатку метелики E. editha здебільшого відкладали яйця на колінзії. Експерименти з метеликами з «наївних» популяцій (які живуть там, де немає подорожника) показали, що за наявності вибору 80% самок впевнено обирають колінзію, а решта 20% не проявляють перебірливості і відкладають яйця на колінзію і подорожник з однаковою ймовірністю. У 1982 році на лузі Шнайдера були зареєстровані перші самки, які віддавали перевагу подорожнику замість колінзії. Еволюційний перехід на нову рослину почався. У 1990 році частка самок, які обирали подорожник, досягла 50%. Було показано, що вподобання визначаються генетично. Крім того, потомство самок, яким полюбився подорожник, росло швидше, ніж гусениці, матері яких були віддані колінзії. Це мало додатково підвищити репродуктивний успіх метеликів, які обирали подорожник, тим самим прискорюючи еволюційний перехід. Експерименти, проведені в 2005 і 2007 роках, показали, що тепер вже 100% самок на лузі Шнайдера віддають перевагу подорожнику. Стара кормова рослина була повністю забута. Тепер всі гусениці розвивались на подорожнику.

Ще в 1993 році Сінгер з колегами передбачили, що спостережуваний ними еволюційний процес може завести метеликів у смертельну пастку. Швидко і успішно адаптуючись до антропогенних змін середовища, комахи ризикують стати залежними від продовження людьми тих же практик (в даному випадку — від продовження випасу худоби). Це серйозний ризик, тому що, як би швидко не еволюціонували комахи, поведінка людини може змінюватись ще швидше. У новій статті автори повідомляють, що їх передбачення збулось. В кінці 2005 року Гаррі Шнайдер помер, ранчо було продано, випас худоби припинився, на лузі розрослись буйні трави, і весь подорожник опинився в тіні. Еволюційна пастка стулилась.

Середня денна температура на листках подорожника, куди метелики відкладали яйця, знизилась на 7°C, а освітлених ділянок відкритого ґрунту практично не залишилось. Це виявилось фатальним для теплолюбних гусениць. Вони вже не могли, як раніше, ніжитись на сонечку, лежачи на землі поруч зі своєю рослиною. У 2007 році їх бачили відчайдушно повзаючими в густій траві в марних спробах знайти сонячний п'ятачок. При цьому по краях галявини, де не було густої трави, залишалось багато добре освітленої колінзії. Але метеликів це не врятувало, оскільки вони вже не використовували свою стару кормову рослину. У 2008 році, незважаючи на ретельні пошуки, на лузі не вдалось знайти жодної гусениці, жодної кладки і жодного дорослого метелика. Такий же результат дали огляди в 2009, 2010 і 2012 роках. Популяція галявини Шнайдера вимерла.

Кінець у історії, втім, виявився не таким трагічним. Пишне різнотрав'я швидко виснажило здобрений коровами ґрунт і зійшло нанівець вже в 2008 році. Подорожник знову опинився на сонечку. Тепер метелики, які віддають перевагу подорожнику, знову могли б тут жити. Але їм не було звідки взятись. У 2014 році автори знову оглядали галявину, щоб ще раз підтвердити факт вимирання. На власний подив, вони знайшли цілих 9 скупчень гусениць і характерні павутинки: метелики E. editha повернулись! Вчені підкреслюють, що зовсім цього не очікували, тому що, як вже згадувалось, найближча сусідня популяція знаходиться майже в 40 км, а міграційні здібності E. editha залишають бажати кращого.

Але, ймовірно, дослідники їх все-таки недооцінили. Те, що це були не дивом вцілілі місцеві метелики, які ховались п'ять років, а прийшлі, випливало з того, що всі гусениці і павутинки були знайдені на колінзії, а не подорожнику. Місцева ж популяція, як ми пам'ятаємо, за кілька років до вимирання повністю перейшла на подорожник. Автори припускають, що повторне заселення галявини Шнайдера було пов'язано з різким ростом чисельності сусідньої популяції E. editha (тієї самої, що майже в 40 км). Цей ріст, в свою чергу, був викликаний пожежею 2012 року, після якої на вигорілій землі колінзія стала краще рости і не так швидко в'янути. Тепер, ймовірно, все готово до того, щоб еволюційна драма на галявині Шнайдера повторилась. Метелики можуть знову перейти на подорожник, а потім знову вимерти, якщо з подорожником щось піде не так.

Дослідження продемонструвало новий, раніше не описаний варіант «еволюційної пастки». Виявилось, що причиною вимирання диких тварин може стати не тільки занадто повільна, але і надто енергійна еволюційна відповідь на антропогенні зміни середовища. Втім, автори визнають, що у випадку з метеликами E. editha даний механізм, ймовірно, небезпечний для локальних популяцій, а не для виду в цілому. Популяції живуть в різних умовах, і, якщо одна з них потрапить в «еволюційну пастку» і вимре, її місце з часом займуть мігранти з уцілілих популяцій.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Розхожий штамп, вживаний для опису цієї відповідності, такий: «Організм X пристосований до...» — і далі опис умов, у яких ці організми зустрічаються. Раз у раз, наприклад, доводиться чути, що «риби пристосовані до існування у водному середовищі», що «кактуси пристосовані до посушливих умов пустель» і т.д., але, як не дивно, звичний штамп у таких випадках зовсім недоречний. Встановити, чому він недоречний — це, виявляється, найкращий шлях до розуміння справжньої природи відповідності між організмом і середовищем.

X

Вхід

Завантажую...