Ми звикли думати про еволюцію як про відносно передбачуваний процес: середовище змінюється — організми пристосовуються. Але нове дослідження показує, що все набагато складніше. Навіть однакові зміни умов можуть привести до зовсім різних еволюційних результатів — усе залежить від того, де, коли і з ким це відбувається.
Команда науковців під керівництвом Ценге Петак з Університету Вермонта простежила еволюцію в 105 різних мінливих середовищах і дійшла несподіваного висновку: вивчення лише однієї популяції може ввести в оману. Щоб робити висновки про вид загалом, потрібно аналізувати багато популяцій у різних умовах.
Коли середовище змінюється знову і знову
У природі умови рідко змінюються раз і назавжди. Набагато частіше вони коливаються: температурні цикли, чергування посух і дощів, сезонні зміни. Саме такі «гойдалки» й зацікавили дослідників.
У комп’ютерній моделі вони спостерігали за еволюцією цифрових організмів протягом 10 000 поколінь. У кожного з них була своя генетична «схема керування», а мутації поступово змінювали її. Кожні 300 поколінь середовище різко змінювалося, змушуючи популяції знову адаптуватися.
Результат? Одні й ті самі зміни умов могли або допомогти організмам вийти на кращий рівень пристосованості, або, навпаки, загнати їх у глухий кут.
Чому «кращий» варіант не завжди перемагає
Вчені оцінювали успішність організмів за так званим ландшафтом пристосованості — уявною картою, де височини відповідають успішним наборам ознак.
- Широкі вершини — стабільні, на них легко втриматися.
- Вузькі піки — підходять лише для «ідеальних» рішень, але з них легко зірватися.
Іноді зміна середовища допомагала популяціям зійти з вузького піка й знайти більш стабільний варіант. Але в інших випадках адаптація до одного стану робила організм абсолютно непридатним до іншого — і еволюція буквально застрягала.
Виживають не чемпіони, а більшість
Ключовим показником виявилася не максимальна, а середня пристосованість. Для виживання важливо, щоб більшість популяції була достатньо добре пристосованою, а не лише кілька «зірок».
У мінливих середовищах популяції з вищою середньою пристосованістю рідше переживали різкі обвали чисельності після змін умов. Простими словами: стабільність важливіша за досконалість.
Еволюція пам’ятає своє минуле
Ще один важливий висновок — шлях має значення. Ранні еволюційні кроки визначали, куди саме потрапляла популяція на «карті можливостей». Біологи називають це залежністю від траєкторії: минулі рішення обмежують або розширюють майбутні варіанти.
Тому дві популяції одного виду, які опинилися в схожих умовах, можуть еволюціонувати зовсім по-різному — просто тому, що стартували з різних точок.
Чому це важливо для людей
Ці висновки мають прямі паралелі з реальним світом:
- Кліматичні зміни: різкі коливання умов можуть врятувати одні популяції та знищити інші, навіть у межах одного виду.
- Антибіотикорезистентність: бактерії в різних лікарнях або регіонах мають різний «досвід» впливу ліків, тому реагують на лікування по-різному.
- Штучний інтелект: нейромережі, як і живі організми, можуть «забувати» старі навички, коли навчаються новим, якщо середовище змінюється занадто різко.
Один приклад — не вся картина
Головний урок дослідження простий, але важливий: не можна робити загальні висновки, спираючись на одну історію. Ані в еволюції, ані в медицині, ані в екології.
Щоб зрозуміти, як життя реагує на зміни, потрібно дивитися ширше — на багато популяцій, багато умов і багато можливих шляхів. Саме в цій різноманітності й ховається справжня логіка еволюції.
Дослідження опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Proceedings of the National Academy of Sciences.