Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов

Но происходило все не так, как в процессе варения пива, когда отдельные клетки дрожжевого грибка сходятся вместе. В данном случае в ходе репродуктивного процесса многоклеточные скопления эволюционировали, изменяясь. Обычно дрожжевые грибки размножаются так же, как E.coli, когда одна клетка делится на две, которые затем идут каждая своим путем. Однако у «снежинок»^[85] процесс деления начинался, но не завершался. Одна клетка делилась на две, но дочерние клетки оставались соединенными друг с другом. В результате структура росла, так как клетки продолжали делиться.

Данный эксперимент отличается от исследований команд Ленски и Рейни тем, что ученые напрямую подвергали организмы селекции, вместо того чтобы просто поместить их в новую среду и предоставить природе действовать самой. По словам Ленски, это был селекционный, а не долгосрочный эволюционный эксперимент. Тем не менее общие выводы, полученные благодаря исследованиям Травизано, очень сильно похожи на те, к которым пришли Ленски и Рейни: сталкиваясь с одинаковой селективной средой, популяции независимо друг от друга эволюционируют похожим образом.

В отличие от работы Травизано Ленски и Рейни в большинстве долгосрочных лабораторных эволюционных экспериментов не оценивают фенотипические признаки. Причина проста: это очень сложно. Микробы малы, и, как правило, это трудоемкая и затратная по времени задача: выполнить точные измерения их анатомии или физиологии. А потому в этих исследованиях обычно не оценивается та граница, до которой фенотипы эволюционируют одинаково.

Скорее в большинстве исследований применяются один или оба из двух дополняющих друг друга подхода для изучения эволюционной повторяемости. Один метод заключается в том, чтобы сравнить скорость роста популяции с тем, как росла предковая популяция. Со временем они, как правило, лучше адаптируются к новой среде, а значит, их размер – количество отдельных клеток – увеличивается быстрее. Многие исследования показали, что количественное повышение адаптации происходит очень похоже у каждой последующей экспериментальной популяции.

Если вы помните, в эксперименте Ленски скорость роста популяции составляла в среднем около семидесяти процентов с легким колебанием между ними.

В ходе исследования E.coli, которое проводила другая команда ученых^[86], были получены схожие результаты. Ученые создали сто четырнадцать популяций и подвергали их воздействию очень высоких температур на протяжении двух тысяч генераций. Предположительно это привело к селекции физиологических адаптаций при жизни в горячей ванной. Но саму физиологию не изучали. В результате ученые сообщили об устойчивом увеличении скорости роста примерно на сорок процентов по сравнению с предковым штаммом.

Этот общий вывод о том, что экспериментальные популяции повышают свою приспособляемость на одном уровне, указывает на то, что они одинаково лучше адаптировались, но не говорит о том, как они этого добились. Возможно, их усилившаяся адаптивность стала результатом возникших схожих признаков. Но это также могло произойти в процессе эволюции разных признаков, которые просто оказались одинаково пригодными.

Второй метод определения повторяемой эволюции заключается в сравнении генетических изменений, которые возникли у экспериментальных репликонов. В наши дни можно дешево и быстро секвенировать целые геномы многочисленных особей. В подобных исследованиях, как правило, обнаруживается, что генетические изменения возникают в первую очередь у одинаковых генов в масштабах экспериментальных популяций. Так, к примеру, в эксперименте с горячей ванной мутации появились в одном конкретном гене в шестидесяти пяти из ста четырнадцати экспериментальных популяций. Более того, даже когда мутации случались в разных генах, это происходило в связанных друг с другом генах, обладавших очень похожими функциями, – результат, который также достигался в исследованиях Ленски.

Но говоря о генетических сравнениях экспериментальных популяций, следует помнить вот о чем. Во-первых, почти всегда эти популяции приобретают мутации одного и того же гена чаще, чем это происходит по воле случая. Но совсем иначе обстоит дело с популяциями, которые идентичны в своей генетической эволюции.

Так, к примеру, у любых двух популяций E.coli из горячей ванны лишь двадцать процентов генов, которые мутировали в одной популяции и также приобрели мутацию в другой. Так что в статистическом плане экспериментальные популяции, как правило, генетически эволюционируют похожим образом, но при этом между ними возникает множество различий.