Ден на нарцисите 2016 (февруари 2021)
През 1859 г., когато Чарлз Дарвин за първи път изрази теорията за еволюцията, той предположи, че процесът на естествен подбор води до адаптиране на видовете към тяхната среда с течение на времето. Той вярваше, че чертите, които са помогнали на организма да оцелее, се предават на потомството, което ще пренесе тези черти на други потомци и в крайна сметка ще доведе до разнообразието на живота, което виждаме днес.
Имаше само един проблем, Дарвин всъщност не разбираше как работи естественият подбор. Отнема десетилетия на учените да открият генетиката и контурите на предаването на героите - с Уотсън и Крик, които през 1953 г. перфектно разкриха формата на двойна спирала на ДНК.
Джош Пузей, асистент по биология в Уилям и Мери, пропусна стъпка в теорията на Дарвин за картографиране на генома. Puzey искаше да обясни защо има такива вариации в рамките на видовете. Ако естественият подбор е толкова силен, колкото е предсказал Дарвин, защо индивидите в даден вид не са всички неразличими и еднакво подходящи?
"Простото, макар и може би леко наивно очакване е, че не трябва да има отклонения, защото естественият подбор е подтикнал видовете до единствения оптимален", каза Пузей. "И така, въпросът е: как генетичните вариации продължават в лицето на естествения подбор?"
Въпросът е дали Puzey е една крачка по-близо до решение. Статия в съавторство "Селективните компромиси поддържат алели, които поддържат сложни черти в растенията", беше публикувана днес в списание Science. Изследването открива ключова връзка между естествения подбор и генетичните вариации. Съавтори на Puzey са Ашли Трот, Ребека Ким, Джон Уилис и Джон Кели. Изследванията им са финансирани от националните здравни институции и Националната научна фондация.
Puzey казва, че изследването е пионер в това, че е едно от първите, което съчетава фенотип (физически характеристики) и годност (способност за възпроизвеждане и оставяне на потомство) с генотип (признаци, кодирани в ДНК на индивида). За да разберете разликата между фенотип и генотип, помислете за фламинго. Фламингото става розово, когато яде определен вид скариди.
Диетата със скариди променя фенотипа на фламинго, цвета му, но не засяга пряко генотипа на фламинго. Фенотипът може да се промени бързо като пряка последица от промените в околната среда. Промяната на генотипа е генерационна, чрез трансфер на гени към потомство.
„Ние мислим за развитието и естествения подбор, тъй като винаги се опитваме да намерим по-подходящ фенотип“, каза Пузей. „Когато имате хиляди диви цветя на върха на планина, ако еволюцията работи в продължение на поколения, бихте предположили, че всички ще имат един и същ фенотип, но не и затова направихме проучване с груба сила, за да разгледаме този проблем.“
Puzey беше част от екип от учени от четири американски изследователски институции, които събират и анализират семена от 187 различни диви цветя (Mimulus guttatus), които растат в района на Рудните планини в Желязната планина.
Използвайки семена, изследователите успяха да направят последователност на генома на всяко отделно цвете. След това се върнали в Орегон и засадили секвенираните семена на същата планина, където първоначално били събрани.
Екипът наблюдавал всяко от семената в продължение на две години и измервал състоянието им. Те записват колко семена произвеждат всеки, колко добре цъфтят, ако цветето достигне репродуктивна зрялост.
„Използвайки тези индивиди, успяхме да комбинираме генотипа с фенотипа“, каза Пузей. "Когато цветята пораснаха, ние знаехме какво става с тези гени и как тези гени са свързани с фенотипа." Това беше истинска нова част от това проучване. "
Екипът успя да идентифицира специфични региони на генома, които контролират времето на цъфтеж и размера на цветята. Те открили, че един и същ регион контролира и двете черти. Късно цъфтящите цветя дават по-големи цветя от сутрешните.
Изследователите установили, че чертите, които се появяват като част от фенотипа - начинът, по който изглежда всеки индивид - са физически свързани с генотипа, обясни Пузей. Най-просто казано, цветята еволюираха с течение на времето, за да запазят генетичните различия в размера на цветята, защото им помогнаха да оцелеят.
Естественият подбор избира фенотипите, които най-добре отговарят на местната среда, но ако тази среда винаги се движи, тогава селекцията може да се превърне в генетична вариация, за да разреши всичко, което й подхожда.
„Установихме, че фитнесът зависи от средата, в която се популяризира тази година“, каза Пузей.
В рамките на една година имаше кратко време за наличност на вода, когато снегът се стопи. Кратък, влажен период последва бързото настъпване на лятото. Цветята, изобилстващи от маймуни, които са били по-малки и по-рано цъфнали, са по-склонни да достигнат продуктивна зрялост при тези условия, обясни Пузей.
На следващата година пролетните дъждове продължиха по-дълго и лятната суша дойде много по-късно през сезона. През тази година изследователите установяват, че са инсталирани хора, които са израснали и процъфтяват по-късно.
"Понякога малки цветя са популярни, а понякога големи цветя, в зависимост от това колко е мокро", каза Пузей. „Така че имаме отговор на въпроса„ как се запазват генетичните вариации в лицето на естествения подбор? "Годишната вариация избира алтернативни генетични компоненти и алтернативни фенотипове в противоположни години, позволявайки вариациите да продължат."
Тъй като генетичният състав на маймунските цветя е толкова добре адаптиран към променливите климатични условия през годината, изследователите питат дали генетичните промени, поддържани в цветето, могат да бъдат от полза за адаптиране към изменението на климата.
"Това е по-приложен защитен проблем", каза Пузей. „Има ли достатъчно вариации в тези естествени популации, за да се адаптират бързо към глобалните климатични промени?“
Учените вярват, че съществува. Изменението на климата в района на Желязната планина е толкова екстремно, че изследователите смятат, че генетичното разнообразие в популациите на маймуни трябва да се адаптира към дългосрочните промени в климата.
Puzey предупреждава, че добрите новини за маймунските цветя не означават непременно добри новини за други видове диви животни в Желязната планина. Промените във времето на цъфтеж и размера на цветята имат пряк ефект върху опрашителите, като гнездящите пчели. Всяка промяна в моделите на търсене на храна може да засегне други цветя и да повлияе на това кои видове цъфтят по кое време. Puzey подчертава, че е заложена цялата екосистема.
"Въпреки че това представлява обещаваща картина за Mimulus по отношение на изменението на климата," каза Пузей, "в нашето проучване няма много взаимодействия, някои от които могат напълно да се разпаднат, когато климатът се затопли."