Когда Чарльз Дарвин (Charles Darwin) в середине 19-го века разработал свою теорию эволюции, он предположил, что этот фундаментальный процесс происходит очень медленно в геологических временных масштабах и занимает миллионы лет.
Но верно ли это, или эволюция может происходить быстрее? Насколько быстро может действовать эволюция?
Сначала определим, что такое эволюция. Это процесс, при котором гены или физическое строение вида изменяются постепенно с течением времени. Основным движущим силой является естественный отбор, при котором особи с более полезными признаками выживают и размножаются, передавая эти признаки следующему поколению. Со временем, на протяжении многих поколений, это называется адаптивной эволюцией.
Вместе с тем, естественный отбор и адаптивная эволюция позволяют виду «отслеживать изменения в своей среде», как отметил Тимоти Бонне (Timothée Bonnet), эволюционный биолог из Французского национального центра научных исследований и Университета Ла Рошель.
В знаменитом примере с галапагосскими вьюрками Дарвина разные их виды в течение нескольких десятилетий развили клювы разной формы и размера, чтобы специализироваться на питании разными видами орехов и насекомых. Это открытие произвело фурор после публикации книги, удостоенной Пулитцеровской премии, «The Beak of the Finch: A Story of Evolution in Our Time»/»Клюв вьюрка: История эволюции в наше время» (Knopf, 1994).
Существует и третий компонент: видообразование. Это процесс, при котором один вид со временем разделяется на два отдельных вида. Бонне отметил, что это происходит гораздо медленнее, чем адаптивная эволюция.
К началу и середине 20 века учёные поняли, что эволюция может происходить гораздо быстрее, чем предполагал Дарвин, используя теорию естественного отбора для улучшения вкусовых качеств сельскохозяйственных культур всего за 7 лет и одомашнивая собак за несколько поколений.
«Мы заставили эволюцию происходить, — сообщил Бонне в интервью Live Science. — Мы могли видеть, что изменения, происходящие в масштабе нескольких поколений, могут быть весьма драматичными.»
Искусственный отбор ускорил эволюцию, но как быстро этот процесс может работать в природе?
Чтобы выяснить это, Бонне и международная команда исследователей проанализировали десятилетия генетических данных по 19 видам птиц и млекопитающих. Они обнаружили, что скорость адаптивной эволюции была в 2-4 раза выше, чем предыдущие оценки. Более конкретно, выживаемость и воспроизводство увеличивались в среднем на 18,5% за каждое поколение при полностью стабильных условиях.
Это означает, что если выживаемость и воспроизводство уменьшатся на треть, адаптивная эволюция поможет популяции восстановиться за 3-7 поколений. Например, толсторогий баран (Ovis canadensis) за 20 лет, или три поколения, эволюционировал так, что его рога стали короче на 0,7 дюйма (2 сантиметра), и всё из-за того, что охотники целились в особей с крупными рогами. Снежные полёвки (Chionomys nivalis) уменьшились на 0,1 унции (3 грамма) за 10 лет, или восемь поколений, вероятно, из-за изменений в количестве осадков.
Однако в природе условия никогда не бывают стабильными.
«Мы видим, что популяции адаптируются, но не знаем, к чему они адаптируются», — сказал Бонне.
Он объяснил, что изменения в окружающей среде, конкуренция, болезни и деятельность человека могут спровоцировать быструю эволюцию.
«Эволюция существует, чтобы стабилизировать, или хотя бы немного смягчить, изменения, происходящие в окружающей среде», — добавил он.
Изменение климата является ещё одним важным фактором адаптивной эволюции, сказал Бонне, но учёные не уверены, смогут ли популяции с ним справляться. С изменением температур, погодных условий и уровня моря некоторые виды реагируют перемещением в более прохладные места или адаптацией к более солёной воде. Тем не менее, условия окружающей среды могут ухудшаться быстрее, чем может действовать эволюция, отметил он.
«Эволюция происходит всегда», — сказал в интервью Live Science Джеймс Страуд (James Stroud), эволюционный биолог из Технического университета Джорджии.
Если естественный отбор силён, то «почему же вещи не эволюционируют быстро всё время?» — задался вопросом Страуд, что привело его к публикации исследований по этой теме. Он и его коллеги обнаружили, что естественный отбор у тропических ящериц на коротких временных масштабах (поколения или годы) был очень динамичным, но уравновешивался на более длительных временных отрезках (миллионы лет) — что приводило к фактическому отсутствию изменений.
Скорость изменений
Как учёные измеряют скорость эволюции? Филипп Джингерич (Philip Gingerich), палеонтолог из Университета Мичигана, разработал один из методов, используя единицу измерения, называемую дарвин. Он обнаружил, что эволюция работает медленно на длинных временных масштабах и быстро на коротких.
«Скорости эволюции могут быть фантастически быстрыми из-за постоянных изменений в окружающей среде, — сказал в интервью Live Science Майкл Бентон (Michael Benton), палеонтолог позвоночных из Университета Бристоля. — Но чем короче временной масштаб, тем быстрее скорость, и это после коррекции по времени», — добавил он.
Страуд и его коллеги из Университета Майами в качестве примера быстрой эволюции сейчас используют неместных зеленых игуан . Эти ящерицы, адаптированные к теплу, известны тем, что во время редких холодов в Майами замерзают и падают с деревьев.
«Что мы увидели, так это то, что некоторые погибают, но некоторые выживают — и те, кто выживает, на самом деле могут переносить более холодные температуры, чем те, которые мы измеряли ранее, — сказал Страуд. — Так что это предполагает, что эволюция может происходить.»
Окаменелости также предоставляют некоторые подсказки. В триасовый период (от 251,9 до 201,3 миллиона лет назад), после пермского вымирания, крупные морские ящеры, называемые ихтиозаврами, эволюционировали в гигантские формы менее чем за 3 миллиона лет — быстрее, чем киты, — став главными хищниками океана.
Факторы, такие как адаптация к новым условиям, занятие новых экологических ниш, уклонение от хищников и конкуренция с другими животными, часто увеличивают скорость эволюции, отметил Бентон.
«Может быть, ответ в том, что всё способно на невероятно быструю эволюцию, если это необходимо», — сказал Бентон.
