Коли Чарльз Дарвін розробляв свою теорію еволюції в середині 19-го століття, він вважав, що цей фундаментальний процес відбувається дуже повільно в геологічному масштабі і займає мільйони років. Але чи це так, чи еволюція може відбуватися швидше? Як швидко може працювати еволюція?
Спочатку визначмо, що таке еволюція — це процес, за допомогою якого гени або фізичний вигляд виду поступово змінюються з плином часу. Рушійною силою є природний відбір, в якому особини з більш корисними ознаками виживають і розмножуються, передаючи ці ознаки наступному поколінню. Протягом багатьох поколінь це називається адаптивною еволюцією.
За словами Тімоті Бонне, еволюційного біолога з Французького національного центру наукових досліджень та Університету Ла-Рошель, природний відбір та адаптивна еволюція дозволяють «видам відслідковувати зміни в навколишньому середовищі».
У відомому прикладі дарвінівських зябликів на Галапагоських островах різні види протягом кількох десятиліть розвинули різні форми і розміри дзьоба, щоб спеціалізуватися на харчуванні різними видами горіхів і комах. Цей висновок здійняв хвилю після публікації книги «Дзьоб зяблика: Історія еволюції в наш час» (Knopf, 1994).
Існує ще третій компонент: видоутворення. Це коли один вид з часом розгалужується на два різних види. Боннет каже, що це відбувається набагато повільніше, ніж адаптивна еволюція.
На початку та в середині 20-го століття вчені зрозуміли, що еволюція може відбуватися набагато швидше, ніж думав Дарвін, використовуючи теорію природного відбору, щоб зробити сільськогосподарські культури більш смачними всього за сім років, а собак одомашнити за кілька поколінь. «Ми зробили еволюцію можливою, — сказав Боннет в інтерв’ю Live Science. «Ми побачили, що зміни, які відбуваються в масштабі кількох поколінь, можуть бути досить драматичними».
Цей штучний відбір прискорив еволюцію, але наскільки швидко цей процес може відбуватися природним шляхом?
Щоб з’ясувати це, Боннет та міжнародна команда дослідників проаналізували генетичні дані 19 видів птахів і ссавців за десятиліття. Вони виявили, що швидкість адаптивної еволюції була в два-чотири рази вищою за попередні оцінки. Зокрема, кожне покоління збільшувало своє виживання та розмноження в середньому на 18,5% за абсолютно стабільних умов.
Це означає, що якби виживання і розмноження знизилися на третину, адаптивна еволюція допомогла б популяції відновитися за три-сім поколінь. У вівцебиків (Ovis canadensis) роги стали на 0,7 дюйма (2 сантиметри) коротшими, ніж раніше, протягом 20 років, або трьох поколінь, оскільки мисливці полювали на тих, у кого були більші роги. Снігові полівки (Chionomys nivalis) зменшилися на 0,1 унції (3 грами) за 10 років, або за вісім поколінь, ймовірно, через зміни в кількості снігопадів.
Але в природі умови ніколи не бувають стабільними.
«Популяції адаптуються, але ми не знаємо, до чого вони адаптуються», — сказав Боннет. Він пояснив, що зміни в навколишньому середовищі, конкуренція, хвороби і люди можуть спровокувати швидку еволюцію. «Еволюція існує для того, щоб стабілізувати або, принаймні, трохи пом’якшити зміни, які відбуваються в навколишньому середовищі», — додав він.
Зміна клімату є ще одним важливим рушієм адаптивної еволюції, сказав Боннет, але вчені не зовсім впевнені, чи встигнуть популяції за нею впоратися. Зі зміною температури, погодних умов і підвищенням рівня моря деякі види відреагували на це переміщенням у прохолодніші місця або адаптацією до більш засолених умов. Однак, за його словами, навколишнє середовище може погіршуватися швидше, ніж встигає еволюція.
«Еволюція відбувається завжди», — сказав Джеймс Страуд, еволюційний біолог з Технологічного інституту Джорджії, в інтерв’ю Live Science.
Якщо природний відбір сильний, то «чому речі не еволюціонують швидко весь час?». задається питанням Страуд, що спонукало його опублікувати дослідження на цю тему. Він та його колеги виявили, що природний відбір у тропічних ящірок на коротких часових відрізках (покоління або роки) був дуже динамічним, але нівелювався на довших часових відрізках (мільйони років), що практично не призводило до жодних змін.
Швидкість змін
Як вчені взагалі вимірюють швидкість еволюції? Філіп Гінджеріх, палеонтолог з Мічиганського університету, розробив один метод, використовуючи одиницю виміру, яку він назвав дарвінівською. Він виявив, що еволюція відбувається повільно на довгих часових відрізках і швидко на коротких.
«Темпи еволюції можуть бути фантастично швидкими через постійні зміни в навколишньому середовищі», — сказав Майкл Бентон, палеонтолог хребетних з Брістольського університету, в інтерв’ю Live Science. Але «чим коротший часовий проміжок, тим швидший темп, і це після того, як ви зробили поправку на час», — додав він.
Страуд і його колеги з Університету Маямі зараз використовують немісцевих зелених ігуан як приклад швидкої еволюції. Відомо, що пристосовані до тепла ящірки замерзають і падають з дерев під час нечастих похолодань у Маямі.
«Ми побачили, що деякі ящірки гинуть, а деякі виживають — і ті, що виживають, насправді можуть переносити холодніші температури, ніж ті, які ми вимірювали раніше», — каже Страуд. «Це свідчить про те, що еволюція може відбуватися».
Викопні рештки також містять деякі підказки. У тріасовому періоді (251,9 — 201,3 мільйона років тому), після Пермського вимирання, великі морські рептилії, які називалися іхтіозаври, еволюціонували до гігантських розмірів менш ніж за 3 мільйони років — швидше, ніж кити, — оскільки вони стали головними хижаками океану.
За словами Бентона, такі фактори, як пристосування до нових умов, заповнення нових ніш, уникнення хижаків і конкуренція з іншими тваринами, часто збільшують швидкість еволюції тварин.
«Можливо, відповідь полягає в тому, що все здатне до надзвичайно шалено швидкої еволюції, якщо це необхідно», — каже Бентон.