День нарцисів 2016 (лютий 2021)

борються

У 1859 році, коли Чарльз Дарвін вперше висловив теорію еволюції, він припустив, що процес природного відбору змусив види з часом пристосовуватися до навколишнього середовища. Він вважав, що риси, які допомагали організму вижити, передаються нащадкам, які передають ці риси іншим нащадкам і в кінцевому підсумку ведуть до різноманітності життя, яке ми бачимо сьогодні.

Була лише одна проблема, Дарвін не дуже розумів, як працює природний відбір. Потрібні десятиліття, щоб вчені виявили генетику та контури передачі персонажів - з Уотсоном та Криком, які в 1953 році ідеально розкрили форму подвійної спіралі ДНК.

Джош Пузей, доцент кафедри біології в William & Mary, пропустив крок у теорії Дарвіна щодо картографування геному. Пузей хотів пояснити, чому існують такі варіації всередині видів. Якщо природний відбір такий сильний, як передбачав Дарвін, чому особини в межах виду не всі неможливо відрізнити і однаково доречно?

"Просте, хоча і, можливо, трохи наївне сподівання полягає в тому, що не повинно бути відхилень, оскільки природний відбір підштовхнув види до єдино оптимального", - сказав Пузей. "Отже, запитання: як генетичні варіації зберігаються в умовах природного відбору?"

Це питання, чи Пузей на крок ближче до рішення. Стаття в співавторстві "Вибіркові компроміси підтримують алелі, що підтримують складні риси у рослин", була опублікована сьогодні в журналі Science. Дослідження знаходить ключовий зв’язок між природним відбором та генетичними варіаціями. Співавторами Пузея є Ешлі Трот, Ребекка Кім, Джон Вілліс та Джон Келлі. Їх дослідження фінансували національні заклади охорони здоров’я та Національний науковий фонд.

Пузей зазначає, що дослідження є першопрохідцем як одне з перших, що поєднало фенотип (фізичні характеристики) та придатність (здатність до розмноження та залишення нащадків) до генотипу (ознак, кодованих у ДНК особи). Щоб зрозуміти різницю між фенотипом та генотипом, подумайте про фламінго. Фламінго стає рожевим, коли їсть певний вид креветок.

Дієта креветок змінює фенотип фламінго, його колір, але безпосередньо не впливає на генотип фламінго. Фенотип може швидко змінюватися як прямий наслідок змін навколишнього середовища. Зміна генотипу є генераційною через передачу генів нащадкам.

"Ми думаємо про розвиток та природний відбір, оскільки завжди намагаємось знайти більш підходящий фенотип", - сказав Пузей. "З тисячами польових квітів на вершині гори, якщо еволюція тривала поколіннями, ви могли б припустити, що всі вони мали б однаковий фенотип, але ні, тому ми провели деяке грубе дослідження для вирішення цієї проблеми".

Пузей був частиною групи вчених з чотирьох дослідницьких установ США, які збирали та аналізували насіння з 187 різних дикорослих квітів (Mimulus guttatus), що ростуть у районі Рудних гір Залізної гори.

Використовуючи насіння, дослідники змогли послідовно скласти геном кожної окремої квітки. Потім вони повернулися в Орегон і висадили насіннєве насіння на ту саму гору, де їх спочатку збирали.

Команда протягом двох років моніторила кожне з насіння та вимірювала їх стан. Вони реєстрували, скільки насіння дало кожне, наскільки добре вони цвітуть, якщо квітка досягає репродуктивної зрілості.

"Використовуючи цих особин, ми змогли поєднати генотип з фенотипом", - сказав Пузей. "Коли росли квіти, ми знали, що відбувається з цими генами і як ці гени пов'язані з фенотипом". Це була справжня нова частина цього дослідження. "

Команда змогла визначити конкретні регіони геному, які контролюють час цвітіння та розмір квітки. Вони виявили, що одна і та ж область контролює обидві ознаки. Пізньоцвіті квіти дають більші квіти, ніж ранкові.

Дослідники виявили, що ознаки, що з'явилися як частина фенотипу - те, як виглядала кожна людина - фізично пов'язані з генотипом, пояснив Пузей. Простіше кажучи, квіти з часом еволюціонували, щоб зберегти генетичні відмінності у розмірі квіток, оскільки це допомогло їм вижити.

Природний відбір вибирає ті фенотипи, які найбільше відповідають місцевому середовищу, але якщо це середовище завжди рухається, то вибір може стати генетичною варіацією для вирішення будь-чого, що йому підходить.

"Ми виявили, що фітнес залежить від середовища, в якому він просувається цього року", - сказав Пузей.

Протягом одного року був короткий час доступності води, коли сніг танув. Короткий вологий період послідував за швидким настанням літа. Квіти, що рясніють мавпами, які були меншими і раніше цвіли, швидше за все досягли продуктивної зрілості в цих умовах, пояснив Пузей.

Наступного року весняні дощі тривали довше, а літня посуха прийшла значно пізніше в сезоні. Того року дослідники виявили, що були встановлені особи, які виросли та процвітали пізніше.

"Іноді популярні маленькі квіти, а іноді популярні великі, залежно від того, наскільки вони вологі", - сказав Пузей. "Отже, ми маємо відповідь на питання" як генетичні варіації зберігаються в умовах природного відбору? "Річна варіація варіацій вибирає альтернативні генетичні компоненти та альтернативні фенотипи в протилежні роки, дозволяючи варіаціям зберігатися".

Оскільки генетичний склад квітів мавп настільки добре адаптований до коливальних кліматичних умов протягом року, дослідники задаються питанням, чи можуть генетичні зміни, що підтримуються в квітці, бути корисними для адаптації до кліматичних змін.

"Це більш застосоване захисне питання", - сказав Пузей. "Чи існує достатня кількість змін у цих природних популяціях для швидкої адаптації до глобальних кліматичних змін?"

Вчені вважають, що воно існує. Зміна клімату в регіоні Залізних гір настільки екстремальна, що дослідники вважають, що генетичне різноманіття популяцій мавп має адаптуватися до довгострокових змін клімату.

Пузей попереджає, що хороші новини про квіти мавп не обов’язково означають хороші новини для інших видів дикої природи Залізних гір. Зміни часу цвітіння та розміру квітки мають прямий вплив на запилювачів, таких як гніздування бджіл. Будь-які зміни у способах пошуку їжі можуть вплинути на інші квіти та вплинути на те, які види цвітуть у який час. Пузей підкреслює, що на карту поставлена ​​вся екосистема.

"Хоча це представляє перспективну картину для Мімулюса з точки зору кліматичних змін, - сказав Пузей, - у нашому дослідженні не так багато взаємодій, деякі з яких можуть повністю розпастися, коли клімат потепліє".