Ewolucja na sterydach. Niektóre zwierzęta zmieniają się szybciej niż myślimy

Ewolucja nie zawsze trwa tysiące lat. Czasem jej skutki można zauważyć już po kilku pokoleniach. W Portoryko miejskie jaszczurki różnią się budową kończyn od tych żyjących w lasach, w Mozambiku kłusownictwo sprawiło, że wzrosła liczba słoni bez ciosów, a niektóre ryby z silnie zanieczyszczonych wód przybrzeżnych w USA stały się odporniejsze na toksyczne związki.

W każdym z tych przypadków człowiek tak mocno zmienił warunki życia zwierząt, że zaczął wpływać także na to, które cechy zwiększają szanse na przeżycie i rozmnażanie. 

Nie każda zmiana obserwowana u zwierząt jest jednak ewolucją. Ptak może zmienić śpiew, a ssak porę aktywności bez zmian genetycznych. Biolodzy mówią wtedy o plastyczności fenotypowej. O zmianie ewolucyjnej można mówić znacznie pewniej, gdy cecha jest dziedziczna albo w genomie pojawiają się ślady działania doboru naturalnego.

Jaszczurki, którym miasto zmieniło warunki życia

Jednym z najlepiej udokumentowanych przykładów są anolisy Anolis cristatellus z Portoryko. W naturalnym środowisku wspinają się po pniach i gałęziach. W mieście trafiają na beton, metal i gładkie pionowe powierzchnie.

Badania Kristin Winchell i jej współpracowników wykazały, że miejskie anolisy mają proporcjonalnie dłuższe kończyny oraz więcej wyspecjalizowanych łusek na poduszkach palców niż osobniki z pobliskich lasów. Taka budowa ułatwia im poruszanie się po szerokich i gładkich powierzchniach.

Eksperymenty hodowlane wskazały, że przynajmniej część tych różnic ma podłoże dziedziczne. Późniejsze analizy genomów jaszczurek z San Juan, Arecibo i Mayagüez wykazały podobne różnice genetyczne w niezależnych populacjach miejskich.

Kłusownictwo zmieniło populację słoni

Jeszcze wyraźniej działanie selekcji naturalnej widać u słoni z Parku Narodowego Gorongosa w Mozambiku.

Podczas wojny domowej w latach 1977–1992 populacja została zdziesiątkowana przez polowania i kłusownictwo. Zwierzęta z ciosami częściej ginęły dla kości słoniowej, dlatego samice pozbawione ciosów miały większą szansę przeżyć i pozostawić potomstwo.

Badanie opublikowane w „Science” pokazało skalę tej zmiany. Przed wojną około 18,5 proc. samic nie miało ciosów. Wśród samic, które przeżyły okres intensywnego kłusownictwa, odsetek ten przekraczał 50 proc.

Analizy genetyczne wskazały również obszary genomu związane z rozwojem zębów u ssaków. Zdaniem autorów badania kłusownictwo stworzyło silną presję selekcyjną, która zwiększyła częstość występowania cechy sprzyjającej przeżyciu.

Ryby, które przetrwały w skażonych wodach

Na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych niewielkie ryby Fundulus heteroclitus żyją w estuariach silnie zanieczyszczonych przez przemysł. Stężenia toksycznych związków, które są zabójcze dla przedstawicieli tego samego gatunku z czystszych wód, część lokalnych populacji znosi znacznie lepiej.

Badacze porównali genomy ryb z kilku skażonych i nieskażonych miejsc. Populacje z New Bedford Harbor, Newark Bay i Elizabeth River niezależnie wykształciły odporność na związki przemysłowe, w tym PCB, dioksyny i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne.

Zmiany dotyczą szlaków molekularnych odpowiedzialnych za reakcję organizmu na toksyny. Analizy genomowe wykazały przy tym wyraźne ślady działania selekcji naturalnej.

Fundulus heteroclitus charakteryzuje się dużą różnorodnością genetyczną. To zwiększa szansę, że w populacji istnieją warianty pozwalające części osobników przeżyć gwałtowną zmianę środowiska. Inne gatunki mogą nie mieć takiego zapasu.

Sieci rybackie też tworzą presję selekcyjną

Rybołówstwo może działać na populacje w podobny sposób. Jeśli przez wiele pokoleń odławiane są przede wszystkim największe osobniki, część z nich znika, zanim zdąży się rozmnożyć.

Eksperymenty z kontrolowanymi populacjami wykazały, że selektywne usuwanie ryb o określonej wielkości może prowadzić do dziedzicznych zmian w tempie wzrostu, wieku osiągania dojrzałości i rozmiarach ciała.

Badania łososia atlantyckiego pokazują również, że działalność człowieka może wpływać na wiek dojrzewania pośrednio, poprzez zmiany w dostępności pokarmu i presję połowową.

Sama mniejsza średnia wielkość ryb nie jest jednak dowodem ewolucji. Wpływają na nią także temperatura wody, ilość pokarmu, zagęszczenie populacji i inne warunki środowiskowe.

Miasto zmienia ptaki, ale nie zawsze geny

Junko zwyczajne z południowej Kalifornii pokazują, jak trudno czasem oddzielić zmianę zachowania od ewolucji. Populacja tych ptaków osiedliła się w San Diego na początku lat 80. i z czasem zaczęła różnić się od ptaków żyjących w naturalnym, górskim środowisku.

Badacze obserwowali różnice w śpiewie, reakcji na stres, zachowaniu i budowie ciała. Część z nich utrzymywała się także wtedy, gdy ptaki z różnych populacji wychowywano w podobnych warunkach.

Nie wszystkie można jednak jednoznacznie uznać za skutek ewolucji. W przypadku części cech autorzy badań wskazują zarówno na możliwe mechanizmy dziedziczne, jak i wpływ środowiska podczas rozwoju. Sama zmiana zachowania nie wystarcza więc, by mówić o ewolucji — kluczowe jest to, czy dana cecha może być przekazywana kolejnym pokoleniom.

Nie każdy gatunek zdąży się przystosować

Anolisy, słonie i ryby pokazują, że człowiek może zmienić presję selekcyjną w czasie krótszym niż ludzkie życie. Nie oznacza to, że przyroda zawsze zdoła odpowiedzieć na równie szybkie zmiany klimatu, utratę siedlisk czy zanieczyszczenie.

Szybka ewolucja wymaga odpowiedniej różnorodności genetycznej i kolejnych pokoleń, w których korzystne cechy mogą się upowszechnić. Gatunki nieliczne, wolno rozmnażające się albo pozbawione takiej różnorodności mają znacznie mniejsze możliwości przystosowania.

W części populacji skutki działania człowieka są już zapisane nie tylko w zachowaniu, lecz także w genach. Dla wielu innych zmiany środowiska zachodzą jednak szybciej, niż mogą się do nich dostosować.

Źródła: „Evolution”, PNAS, „Science”