Где раки зимуют

Одна из самых больших трудностей в изучении биологической эволюции заключается в отсутствии машины времени, ведь то, что мы обычно считаем эволюцией, идет чрезвычайно медленно.

Одна из самых больших трудностей в изучении биологической эволюции заключается в отсутствии машины времени. То, что мы обычно считаем эволюцией (видообразование, возникновение новых групп), идет чрезвычайно медленно. Если не догадаться, как и на что надо смотреть, долгой человеческой жизни может не хватить на то, чтобы зарегистрировать какие-то изменения.

Коллектив биологов, главную роль в котором сыграли бельгийские ученые, опубликовал в Nature небольшую статью ("письмо"), в которой изложил результаты удивительно красивого эксперимента, "изучающего" эволюцию. Эти биологи догадались куда и как смотреть!

В упомянутой статье была описана эволюция дафний (широко известных ветвистоусых ракообразных) и паразитирующих на них бактерий Pasteuria ramosa. Заразив дафний, эти микропаразиты не убивают их, но снижают их плодовитость. Поэтому дафнии, эволюционируя, должны становиться все менее восприимчивыми к бактериям. С другой стороны, бактерии эволюционируют, повышая свою способность заражать дафний, иначе они попросту исчезнут! Описанные соображения должны определять бесконечную "гонку вооружений" между паразитом и хозяином. Но как ее изучить?

В наше высокотехнологичное время первая мысль, которая приходит в голову оснащенным неплохим оборудованием американским ученым, выделить какие-то последовательности ДНК из современного материала и образцов прошлых лет, прочитать их, а потом сравнивать друг с другом. Основная проблема, возникающая в таких работах, - сложность интерпретации генетических текстов. Кто поймет, почему они меняются?

Экспериментаторы поступили остроумнее. Они оценивали приспособленность паразитов и хозяев напрямую, сталкивая их друг с другом. И дафнии, и паразитирующие на них бактерии способны образовывать покоящиеся стадии. Каждую осень на дно водоема опускаются зимующие яйца дафний и споры бактерий. Весной часть из них активируется, а часть останется лежать в донных осадках. В описываемой работе авторы извлекли керн из ила, откладывавшегося на протяжении тридцати лет в небольшом бельгийском пруде. Они разделили тридцатилетний период на восемь слоев, каждый из которых соответствовал нескольким (от двух до четырех) годам. Из каждого слоя были выделены и оживлены яйца дафний и споры бактерий. Дафний из каждого времени размножили в нужной численности, а затем каждую из их групп заражали штаммами бактерий из каждого периода времени. Эффективность паразитирования оценивали по доле зараженных дафний.

Как и ожидалось, наибольшую опасность для дафний представляли их паразиты-современники. Бактерии из более ранних и более поздних слоев преодолевали защиту рачков со значительно меньшей эффективностью. Кстати, при взгляде со стороны может показаться, что система дафнии-бактерии находится в стабильном состоянии, ведь в любой момент времени патогенность паразита для его хозяев остается примерно постоянной. Авторы исследования рассматривают это как подтверждение известного "правила Черной Королевы", предложенного палеонтологом Ли Ван Валеном. Суть этого правила можно передать простым рассуждением (подавляющая часть эволюционных изменений любого вида связана с приспособлением к меняющейся среде), а можно— цитатой из бессмертного текста Льюиса Кэрролла: "Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!" Вот и "бегут" дафнии и бактерии, оставляя в слое ила следы своего непрерывного "бега"...